## ANALISA STRUKTUR REGIONAL PENYEBAB GEMPA DAN TSUNAMI BERDASARKAN ANOMALI GRAVITASI DAN DINAMIKA LEMPENG

## Nur Rochman Muhammad, Wien Lestari, Firman Syaifuddin
Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember e-mail : nurrochmanmuhammad@gmail.com
Abstrak. Peristiwa  gempa  bumi  dan  Tsunami  merupakan  bencana  yang  tidak  bisa  dihindari  oleh masyarakat  Indonesia  sebagai  negara  yang  terletak  pada  jalur  tektonik  aktif  dunia.  Akibat  adanya pertemuan  lempeng  Indo-Australia  pada  daerah  bagian  Selatan  Indonesia,  menyebabkan  kawasan  ini memiliki nilai seismitas yang cukup  tinggi. Salah satu kawasan yang sering terjadi peristiwa gempa dan Tsunami  yaitu berada di  jalur subduksi  Sunda.  Pada kawasan  ini, terjadi beda densitas subduksi  antara Pulau Jawa dan Pulau Sumatera akibat adanya perbedaan gaya kompresi pada kedua kawasan tersebut. Perbedaan  densitas  subduksi  diketahui  dari  inversi  data  anomali  gravitasi  pada  jalur  subduksi  Sunda untuk  mengintepretasikan  struktur  regional  pada  area  yang  pernah  terjadi  gempa  besar  yang menyebabkan  Tsunami.  Setelah  dilakukan  inversi  2D  terhadap  data gravity pada  tujuh  lintasan  yang searah dengan arah subduksi di jalur Sunda, dimana line 4 di daerah Jawa dan line 5 sampai 7 di daerah Sumatera. Didapatkan  beda densitas pada line 1 sebesar -0.24 ~ -0.26 g/cm 3 ; line 2 sebesar -0.25 ~ -0.5 g/cm 3 ; line 3 sebesar -0.3 ~ -0.5 g/cm 3 ; line 4 sebesar -0.19 ~ -0.24 g/cm 3 ; line 5 sebesar -0.3 ~ -0.55 g/cm 3 ; line 6 sebesar -0.1 ~ -0.26 g/cm 3 dan line 7 sebesar -0.05 ~ -0.2 g/cm 3 . Berdasarkan beda densitas ini,  diketahui  bahwa  daerah  Jawa  memiliki  beda  densitas  lebih  besar  karena  laju  subduksi  lebih  tinggi dibandingkan daerah Sumatera.
Kata Kunci: gravity , inversi, densitas, Tsunami
Abstract. The earthquake and Tsunami are disasters that can not be avoided by the people of Indonesia as  a  country  on  active  tectonic  area.  As  a  result  of  their  meetings  in  the  region  Indo-Australia  plate southern part of Indonesia, causing this area has a high seismic event. One area that frequent earthquake and Tsunami events are in the path of the Sunda subduction. In this area, there was a subduction causing density difference between Java and Sumatra as a result of differences in compression forces on the two regions. If an area of a subduction zone has a relatively high density it will have the potential to release energy from the quake relatively greater if it is supported by a local fault structures that already exist. To determine  the  density  difference  in  subduction  zone  we  use  gravity anomaly  data  at Sunda  subduction path to interpret regional structures in the area that have occurred massive earthquake that caused the Tsunami.  After  the  2D  inversion  of  the  gravity  data  on  seven  tracks  in  the  direction  of  the  Sunda subduction  path,  where  four  inversion  line  in  the  area  of  Java  and  line  5  to  7  in  the  area  of  Sumatra. Obtained different density on line 1 of -0.24 ~ -0.26 g / cm 3 ; line 2 amounted to -0.25 ~ -0.5 g / cm 3 ; line 3 of -0.3 ~ -0.5 g / cm 3 ; line 4 at -0.19 ~ -0.24 g / cm 3 ; line 5 of -0.3 ~ -0.55 g / cm 3 ; line 6 of -0.1 ~ -0.26 g / cm 3 and line 7 of -0.05 ~ -0.2 g / cm 3 . Based on the density difference, it is known that Java has a density greater difference, assume is subduction rate is higher than the area of Sumatra.
Keywords: gravity, inversion, density, Tsunami

## PENDAHULUAN
Pola distribusi densitas pada zona subduksi bisa didapatkan dengan metoda gravitasi yang kemudian di  lakukan  inversi  menjadi  densitas.  Densitas tersebut  dapat  juga  membantu untuk  mendeliniasi secara  lokal  busur  subduksi  yang  telah  terbentuk. Hal  tersebut dapat menunjukkan struktur dominan yang  telah  terbentuk  dengan  dikorelasikan  dengan kondisi pada permukaan tanah. Dimana serangkaian
analisa  diatas  dapat  digunakan  untuk  mengetahui potensi dari kegempaan dipulau Jawa.
Hal  tersebut  dilandasi  asumsi  penulis  yaitu pada  zona  subduksi  akan  terjadi  pressure  yang tinggi  yang  dapat  mengubah  (memampatkan, memadatkan)  yang  akan  meningkatkan  densitas dari  densitas  awal  mula. Dimana  jika suatu  daerah pada  zona  zubduksi  memiliki  densitas  yang  relatif tinggi  maka  akan  memiliki  potensi  release  energy dari  gempa  yang  relatif  lebih  besar  jika  didukung
dengan struktur patahan lokal yang telah ada. Disisi lain perlu juga dipertimbangkan dari data kejadian- kejadian  gempa  yang  telah  terjadi  pada  zona subduksi.
Oleh  karena  itu  diperlukan  penelitian  lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh dari  gravitasi di sekitar  zona  subduksi  ,untuk  membuktikan  apakah benar-benar  ada  pengaruh  yang  signifikan  dari anomali gravitasi pada zona subduksi terhadap kuat gempa. Kolektifitas  dari  data  yang  digunakan  adalah data bouguer gravitasi dari website
(topex.ucsd.edu)  atau  data  online  lainnya,  peta geologi  pulau  jawa,  topografi  laut  dan  titik koordinat  gempa  yang  telah  terjadi  sebelumnya
(IRIS).  Yang  kemudian  akan  dilakukan  pengolahan pada  data  bouguer  gravitasi  meliputi  separasi anomali  residual-anomali  regional  yang  dapat dianalisa langsung.
Pada  metoda  gravitasi  akan  di  dapatkan  g observasi  yang  akan  dilakukan  penghitungan dengan  koreksi  secara  teoritis  yang  akan menghasilkan anomali  bouguer  yaitu  anomali yang bersumber  dari  semua  perlapisan  di  bawah perukaan yaitu gabungan dari anomali regional dan anomali  residual.  Anomali  regional  adalah komponen  yang  memberikan  informasi  mengenai benda-benda  sumber  anomali  pada  kedalaman yang  dalam,  bersifat  smooth  dan  mempunyai frekuensi yang rendah, sedangkan anomali residual mempunyai frekuensi tinggi yang merepresentasikan  bendabenda  sumber  anomali pada  kedalaman  yang  dangkal.  Dalam  eksplorasi, data  yang  digunakan  dalam  pemodelan  dapat menggunakan  data  anomali  residual  dikarenakan pada  eksplorasi  wilayah  interest  berada  pada kedalaman yang dangkal. Untuk mendapatkan data anomali  residual,  maka  perlu  dilakukan  proses separasi  regional-residual  dari  data  anomali Bouguer.  Oleh  karena  itu  proses  separasi  regional- residual  merupakan  tahap  yang  sangat  penting dalam memperoleh data anomali lokal karena dapat mempengaruhi  proses  interpretasi  dan  pemodelan baik 2D.
Kemudian  inversi  dan  modelling  dari  data gravitasi  dilakukan  untuk  mengetahui  densitas  dari
batuan  pada  zona  subduksi.  Setelah  itu  di  lakukan korelasi  dengan  struktur  patahan  dan  letak  gempa sebelumnya. Kemudian dapat dilakukan analisa dari peta  geologi  pulau  jawa  yang  dapat  dikorelasikan dengan  geodinamika  dari  pergerakan  lempeng mayor  di  Indonesia.  Pada  IRIS  dapat  diketahui mekanisme  vokal  dari  gempa  yang  dapat  di intepretasikan  ke  struktur  penyebab  gempa tersebut.Diharapkan  hasil  dari  analisa  nantinya dapat  menunjukkan  daerah  rawan  yang  perlu dilakukan  mitigasi  yang  lebih  intensif  terhadap ancaman  gempa  dan  bencana  Tsunami  mengingat Indonesia  banyak  terjadi  gempa  di  laut.  Serta menambahkan  informasi  pada  pembuatan  peta rawan bencana gempa dan Tsunami.

## METODOLOGI
Tahapan  yang  digunakan  dalam  paper  ini adalah sebagai berikut,
Mulai Topex gravity data Free air anomaly Mekanisme vokal Data Gempa IRIS Laju Subduksi Penunjaman Subduksi Koreksi Bouguer Bouguer anomaly Inversi 2D Occam Penampang beda densitas Analisis dan korelasi Seismic gap Pengaruh dinamika terhadap beda densitas Kesimpulan Selesai
Gambar 1. Diagram alir penelitian.
Selain dari kuat magnitud gempa(Mw ≥ 7) Tsunami juga  disebabkan  oleh  letak  kedalaman  gempa  dan posisi terhadap busur penunjaman.
Gambar 2. Macam-macam Letak gempa pada zona subduksi oleh Venkataraman  Kanamori.
Dari  Gambar  2.  dapat  diketahui  bahwa Tsunami  digenerasikan  oleh  gempa  relatif  dangkal lebih  tepatnya  di accretional  wedges pada  zona subduksi.  Dalam  klasifikasi  peta  gempa  Indonesia gempa  dangkal  adalah  0-90  km,  sedangkan  untuk Tsunami berkisar antara kedalaman hiposentrum 0- 20 km.
Proses  generasi  gelombang  Tsunami  yang diakibatkan thrust  fault berturut-turut  dari  gaya kompresi-akumulasi  energi- release dalam  bentuk deformasi thrust fault ,
Gambar 3. tahapan generasi gelombang Tsunami pada patahan naik ,sumber www.iris.edu. Untuk  memperkirakan stress yang  terjadi  pada thrust fault (1) Jika   adalah Poisson’s  ratio sebesar  0.25  untuk batuan. Maka dalam litosfer yang bersifat elastis, (2) Kemudian  disubtitusikan  antara  koponen stress , untuk  mengetahui  kondisi  yang  menyebabkan patahan terjadi (kompresi),
(3) Dengan, =densitas lempeng (dimisalkan 2670 kg/m 3 ) = konstanta gravitasi (dimisalkan 9,81 m/s 2 ) z=kedalaman (m)
Dari permisalan diatas akan timbul thrust fault apabila stress arah  horisontal lebih  besar daripada tekanan vertikal  . Kemudian didapatkan grafik dalam  variasi  kedalaman  dari  0-90 km  untuk  memperkirakan  berapa  besar  tekanan yang dibutuhkan untuk menyebabkan thrust fault ,

## Gambar 4. kompresi yang dibutuhkan dalam
menyebabkan patahan. Grafik  diatas  adalah  grafik  dimana  kondisi  ideal untuk tekanan yang dibutuhkan untuk mematahkan  benda  dengan  densitas  yang  telah ditentukan,  jadi untuk  kondisi nyata akan berbeda dan  lebih  kecil  tekanan  yang  dibutuhkan  karena ada  pengaruh  dari  porositas  dan  rigiditas.  Untuk grafik  diatas  hanya  untuk  menunjukkan  pengaruh densitas terhadap pressure yang dibutuhkan untuk membuat patah suatu material.
Kemudian untuk melihat penampang densitas perlu dilakukan pengolahan data gravitasi menjadi beda  densitas.  Dibawah  ini  adalah  peta free-air anomaly ,
Gambar 5. Anomali gravitasi free air Indonesia, sumber data topex.ucs.edu.
Anomali  gravitasi  yang  didapatkan  adalah anomali gravitasi free-air jadi belum dalam anomali Bouguer.  Jadi  perlu  dilakukan  koreksi  Bouguer untuk mendapatkan anomali Bouguer,
(4) Dengan , =free air anomaly (mGal) =Densitas rata-rata bumi 2670 kg/m 3 G=Konstanta  gravitasi  universal  6,673  x  10 - 8 m 3 kg -1 s -2 H=selisih topografi dengan geoid (m)
Atau dalam bentuk lebih sederhananya,
(5)
Untuk  peta  selisih  topografi  dengan  geoid  adalah sebagai berikut ini,
Gambar 6. Peta selisih topografi dengan geoid,sumber topex.ucs.edu.
Maka  data  anomali  yang  didapat  dari topex.ucs.edu  yang  telah  dilakukan  dilakukan koreksi adalah sebagai berikut,
Gambar 7. Anomali gravitasi Bouguer Indonesia.
Dengan  begitu  dapat  diketahui  beda  densitas dengan  inversi  dari  anomali  Bouguer.  Dalam data  gravitasi  dari  satelit  ini  memiliki  kelemahan dalam  resolusinya untuk menentukan skala meter, tetapi masih relatif baik untuk skala kilometer.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian Pembahasan kami detailkan dalam beberapa sub bab yang berbeda

## Proses Inversi
Inversi  dilakukan  dibeberapa  line  yang  memotong garis  subduksi  yang  dianggap  memiliki  anomali gravitasi  tinggi  dibanding  sekitarnya  pada  zona subduksi tersebut.
Gambar 8. Slice line 1,2,3 dan 4 dilakukan pada subduksi di Jawa
Slicing dilakukan  pada  zona  subduksi  yang pernah  menghasilkan  gempa  yang  menimbulkan Tsunami  Pangandaran  (Mw  7.2)  pada  2006-07-17. Hal  ini  dilakukan  untuk  mengidentifikasi  area tersebut dari segi kontras densitas.
In ve rs i L in e 1 sc al le d no rm al In ve rs i L in e 2 Sc al le d no rm al In ve rs i L in e 3 sc al le d no rm al In ve rs i L in e 4 sc al le d no rm al
Gambar 9. Hasil inversi anomali gravitasi pada subduksi di Jawa.
Kemudian  untuk  subduksi  pada  Sumatra dilakukan  tiga  slicing  masing  masing  terletak  pada zona yang memiliki gempa-gempa besar,
Gambar 10. Slicing pada subduksi pada Sumatra
In ve rs i L in e 5 sc al le d no rm al In ve rs i L in e 6 sc al le d no rm al In ve rs i L in e 7 sc al le d no rm al Gambar 11. Hasil inversi anomali gravitasi pada subduksi di Sumatra
Dari  hasil  inversi  tersebut  didapatkan  beda densitas dari tiap line subduksi,
Tabel 1. Beda densitas pada line subduksi dalam g/cm 3 Zone Line Density Contrast Jawa Line 1: Line 2: Line3: Line 4: -0.24~-0.26 -0.25~-0.5 -0.3~-0.5 -0.19~-0.24 Sumatra  Line 5: Line 6: Line 7: -0.3~-0.55 -0.1~-0.26 -0.05~-0.2
Setelah  didapatkan  beda  densitas  pada  tiap subduksi  bisa  dilakukan  analisa  bahawa  pada  zona subduksi  di  Jawa  lebih  besar  beda  densitasnya dibandingkan dengan subduksi di Sumatra. Jika kita amati pada gambar pergerakan lempeng di subduksi sunda dibawah ini,
Gambar 12. Laju Subduksi Sunda pada beberapa titik.
Dapat dilihat bahwa laju subduksi di Jawa lebih cepat  dibandingkan  di  Sumatra  ,hal  ini  yang menyebabkan  pengaruh  pada  kompresi  yang dilakukan  uleh  lempeng  Indo-Australi  terhadap Lempeng  Eurasia  lebih  intens  di  zona  subduksi  di Jawa  sehingga  menyebabka  penurunan  densitas yang relatif tinggi. Namun gempa yang terjadi lebih sedikit jika dibandingkan gempa pada jalur subduksi di  Sumatra  ,  dimana  hal  ini  dikarenakan  orientasi interaksi  lempeng  berbeda  dimana  strike  slip  fault akan lebih mudah menggenerasikan gempa.
Analisis Hiposentrum dan Magnitud Gempa Berikut ini adalah bentukan subduksi sunda ,

## Gambar 13. Subduksi Sunda
Subduksi tersebut mencapai kedalaman 600km untuk  zona  Jawa  ,  hal  ini  juga  dipengaruhi  oleh dinamika  lempeng  Eurasia  dan  Indo-Australi memiliki laju subduksi hingga 6 cm/tahun.

## Gambar 14. Gempa dari 1990-01-06 sampai dengan
2016-10-19 dengan Mw > 5
Pada  gambar  tersebut  terlihat  bahwa  gempa lebih  banyak  pada  kedalaman  20km-60km.  Yang berarti  gempa  dangkal  lebih  banyak  terjadi  dari pada  gempa  dalam  dan  beberapa  gempa  memiliki Mw >7,
Gambar 15. Gempa dengan Mw > 7 (lingkaran besar).
Bahayanya  gempa  tersebut  termasuk  gempa dangkal,  terdapat  dua  gempa  yang  menghasilkan Tsunami besar,

## Gambar 16. Tsunami yang disebabkan oleh gempa dangkal
Pada  subduksi  di  Sumatra  lebih  kaya  akan gempa  dangkal  yang  lebih  membahayakan  dan berpotensi terjadi Tsunami dibandingkan di Jawa.

## Gambar 17. Mekanisme Vokal gempa pada subduksi Sunda (Nurraini, 2014)
Terlihat  pada  Sumatra  Utara,  Sumatra  Barat, dan  gempa  Pangandaran  dari  gambar  tersebut mekanisme vokal gempa dangkal adalah thrus-fault dimana sebelumnya telah dibahas bahwa gempa ini yang sering menyebabkan Tsunami.

## Analisa Seismic Gap
Seismic  gap  adalah  bagian  dari  suatu  zona patahan yang sepi gempa untuk jangka waktu cukup lama. Hal ini bisa diartikan bahwa ada kemungkinan pada  seismic  gap  ini  terjadi  akumulasi  tekanan tektonik  dalam  jumlah  besar  yang  siap  untuk dimuntahkan sebagai gempa besar. (Danny.,2009) Dibawah  ini  adalah  pekiraan  posisi  seismic  gap dengan  metoda kernel  density dari  gempa-gempa yang telah terjadi,
Gambar 18. Perkiraan Seismic Gap pada jalur subduksi

## PENUTUP Simpulan
Dari  analisa  diatas  dapat  ditarik  kesimpulan sebagai berikut ini,
1. Kontras  densitas  menunjukkan pengaruh  dari  laju  subduksi  ,  apa  bila memiliki  kontras  densitas  rendah  (range negatif)  maka  laju  subduksi  relatif  lambat bila dibandingkan laju  subduksi pada  zona beda densitas yang besar (range negatif). 2. Slab  subduksi  dapat  diketahui dengan letak sumber gempa. 3. Subduksi  di  zona  Sumatra  lebih beresiko  mengakibatkan  Tsunami  pada analisa  seismic  gap  dan  kedalaman persebaran beda densitas yang dangkal bila dibandingkan pada subduksi Jawa. 4. Penunjaman telah mencapai kedalaman  >600  km  di  Selatan  Jawa berdasarkan letak hiposentrum.

## Saran
Perlu  dilakukan  inversi  model  bawah permukaan  area  subduksi  dengan  metode waveform  inversion dikarenakan  metoda  tersebut memiliki  resolusi  yang  baik.  Dengan  gambaran bawah permukaan yang lebih baik diharapkan dapat menginformasikan  letak  potensi  gempa  yang membahayakan (menimbulkan Tsunami).

## DAFTAR PUSTAKA
Anupama.V  dan  H.Kanamori.  (2004).  Observational constraints  on  the  fracture  energy  of  subduction  zone earthquakes.Journal Of Geophysical Research.Vol. 10.
Danny,H,N.(2009). Gempa Besar 2 September 2009 (7.3 SR) di Wilayah Jawa Barat. Press Release IAGI:Jakarta.
Lasitha,S.(2007).  Geodynamics  of  the  Andaman  - Sumatra  –  Java  Trench  -  Arc  System  Based  on  Gravity and  Seismotectonic  Study.University  of  Science  and Technology:India.
Nuraini,R,H.(2014).  Interplate  Earthquake  Potential  off Western  Java,  Indonesia,  based  on  GPS  data.Nagoya University:Japan.
http://iris.edu/ (4 Juli 2017) http://topex.ucsd.edu/ (4 Juli 2017) https://earthquake.usgs.gov/ (4 Juli 2017) http://seismo.berkeley.edu/~burgmann/EPS216/rheolog y.html/ (4 Juli 2017)
http://www.geo.arizona.edu/geo5xx/geo519.071/lectur es/Rheology.pdf/ (4 Juli 2017)
http://www.webpages.uidaho.edu/~simkat/geol345_file s/Lec3_Rheology.pdf/ (4 Juli 2017)
---------------------