Analisa Receiver Function Teleseismic untuk Mendeteksi Moho pada Stasiun Bkb Data Meramex

## Rian Amukti , Wiwit Suryanto
Jurusan Fisika FMIPA UGM rian.amukti@mail.ugm.ac.id
Received 22-02-2013, Revised 28-08-2013, Accepted 02-09-2013, Published 13-10-2013

## ABSTRACT
It  has been  done  a  research  to  determine  internal  earth  using  receiver  function  teleseismic  analysis method. This method have been done by using MERAMEX (MErapi Amphibious Experiment) data from broadband  seismometer  BKB.  Event  of  teleseismic  is  chosen  from  Honshu  Japan  with  radius  30 o and magnitude  7.2.  This  research  begun  by analysing  radial  and  vertical  characteristic  of  teleseismic  event and  using  bandpass  filter  with  range  0.003  Hz  – 0.5  Hz.  Then  Iteractive  Deconvolution  is  used  to  get velocity model. The result of this model shows crustal model that has 4 Km thick upper crust, a 26 Km thick lower crust and 10 Km thick Moho transition zone, with velocity increasing gradually.
Keyword : receiver function, MERAMEX, iterative deconvolution, Moho

## ABSTRAK
Penelitian  untuk  memperkirakan  struktur  bawah  permukaan  bumi  telah  banyak  dilakukan,  salah  satu metode  yang  digunakan  adalah  dengan  menggunakan  analisa receiver  function  teleseismic .  Telah dilakukan  penelitian  dengan  menggunakan  stasiun  seismometer broadband BKB data MERAMEX ( MErapi  AMphibious  EXperiment )  gempa jauh  yang  sumber  gempanya dipilih  dengan  jarak  lebih  dari 30 o ,  event  gempa  ini  terletak  di  Honshu  Jepang  dengan  magnitude  7,2 .  Penelitian  dilakukan  dengan menganalisis  sifat  radial  dan  vertikal  gempa  jauh  dari  event  gempa.  Filter  yang  digunakan  adalah bandpass dengan range 0,03 Hz hingga  0,5Hz,  kemudian  dilakukan perhitungan  dan  analisa receiver function dan pemodelan  maju  menggunakan  dekonvolusi iterative untuk  mendapatkan  model  struktur kecepatan bawah permukaan. Hasil deconvolusi menunjukkan bahwa model kerak bumi lapisan pertama dengan  ketebalan  4  Km,  dan  lapisan  kedua  26  Km.  Pada  kedalaman  32  Km  hingga  42 Km  terdapat kecepatan  yang  naik  secara gradual,  ini  menunjukkan  adanya  perubahan  fase  gelombang  yang diakibatkan  dari  bidang  diskontinuitas,  antara  kerak  dan  bagian  atas  mantel  bumi,  yang  lebih  dikenal Moho .
Kata kunci : receiver function, MERAMEX, dekonvolusi iterative, Moho .

## PENDAHULUAN
Penelitian struktur bawah permukaan bumi telah dilakukan dengan berbagai metode, salah satu metode yang akurat digunakan untuk pengukuran kerak bumi dan mantel bagian atas adalah receiver function. Metode ini memanfaatkan data rekaman gempa pada satu stasiun yang  memiliki  3  komponen [1] . Metode receiver  function terus  berkembang  dengan didukung  kualitas  data  yang  makin  baik  didapatkan  dari  seismometer broadband yang digunakan untuk melakukan inverse receiver function untuk pendeteksian kecepatan kerak bumi [2] . Baru-baru ini banyak pemodelan receiver function untuk kerak bumi dilakukan, salah satunya menggunakan Interactive Receiver Function Forward Modeller [3] . Analisa receiver function ini dapat digunakan untuk eksplorasi panasbumi dengan memanfaatkan event-event micro earthquake [4]
Penelitian  tentang  kerak  dan  bagian  atas  mantel  telah  banyak  dilakukan  di  berbagai negara, contohnya di pulau Hainan Laut Cina Selatan (Qiu, 2002), lempeng Jerman Utara (Alinaghi, 2003), dan daerah laut mati dengan menggunakan analisa receiver function [5] . Namun penelitian mengenai  kerak dan zona moho di  Indonesia  masih sedikit  dilakukan, sehingga  melandaskan  penelitian  ini  dilakukan.  Pada paper ini  akan  disampaikan  hasil pemodelan  kecepatan  struktur  bawah  permukaan  yang  menggambarkan  struktur  geologi bawah  permukaan  stasiun  BKB  data  MERAMEX,  didapatkan  dari  analisa receiver function teleseismic .

## DASAR TEORI ANALISA RECEIVER FUNCTION
Event gempa  yang  terekam  pada seismometer  memiliki  berbagai informasi  yang  berasal dari bawah permukaan bumi,  baik gelombang P, S dan gelombang permukaan, sehingga jika  dilakukan  analisa receiver  function terhadap  seismogram  gempa,  dengan  cara melakukan analisa pengukuran terhadap komponen radial dan vertikal gelombang P akan didapatkan  informasi  struktur  dangkal  di  bawah  permukaan  stasiun  seismometer. Gelombang  P  bersifat  longitudinal  akan  memiliki  waktu  tiba  gelombang  lebih  cepat daripada gelombang S yang bersifat transversal. Jika gelombang P melewati suatu medium diskontinuitas  maka  akan  ada  perubahan  fase  gelombang  P  yang  berubah  menjadi gelombang berfase S (gambar 1), sehingga waktu tempuh gelombang tersebut lebih lama. Analisa ini  menjadikan kunci untuk  menentukan struktur geologi berdasarkan perbedaan kecepatan gelombang bawah permukaan bumi [6] .
Analisa receiver  function teleseismic merupakan  komposisi  gelombang  konversi  P terhadap  S  yang  merambat  di  dalam  struktur  lapisan  tepat  di  bawah  seismometer. Gelombang  datang  ini  berisi  informasi  yang  berhubungan  dengan  fungsi  waktu  sumber gempa  dan  efek  perambatan  yang  diteruskan  oleh  mantel  dan  struktur  lokal  di  bawah stasiun perekaman.
Dimodifikasi dari Sumber : (Ammon, 1991)
Gambar 1a. Skematik sebuah gelombang teleseismik yang mencapai stasiun.
1b. Simplifikasi dari receiver function yang menunjukkan gelombang
P dan pantulannya pada bidang batas.
a b

## DATA DAN METODE PERHITUNGAN

## Stasiun seismometer broadband BKB
Data  gempa  direkam  oleh  s ( 111 7 0" E, 7 50 0" E)  dengan  e terdapat  Gunung  Lawu  (gambar  2.). broadband dengan 3 komponen
Gambar 2.
Salah  satu  kelebihan  dari kecepatan bawah permukaan
Event Gempa Honshu Jepang
Event  gempa  yang  dipilih  untuk  melakukan  analisa event gempa dengan  magnitude diatas 6, maka  dipilihlah  event gempa  yang berasal dari Honshu  Jepang terjadi  pada magnitude 7,2 (gambar 3).
Gambar 3. Event gempa seismometer BKB
Analisa awal dari data gempa yang direkam oleh bandpass filter dengan range

## PERHITUNGAN RECEIVER FUNCTION

## seismometer broadband BKB
Data  gempa  direkam  oleh  stasiun  (BKB)  yang  terletak  di    timur  Wonogiri  tepatnya E)  dengan  elevasi  450  m  dari  muka  air  laut,  dan  di terdapat  Gunung  Lawu  (gambar  2.). Stasiun  BKB  adalah  seismome dengan 3 komponen ZNE .
Gambar 2. Stasiun seismometer BKB dan toporafi daerah sekitar
elebihan  dari  analisa receiver  function adalah  dapat  memodelkan  struktur kecepatan bawah permukaan 1D hanya dengan 1 stasiun seismometer 3 komponen
Gempa Honshu Jepang
Event  gempa  yang  dipilih  untuk  melakukan  analisa receiver  function  teleseismic gempa dengan  magnitude diatas 6, maka  dipilihlah  event gempa  yang berasal dari terjadi  pada jam  10:07:07  tanggal  5  September  2004
gempa teleseismic yang berasal dari Honshu Jepang ditangkap oleh seismometer BKB.
ata gempa yang direkam oleh seismometer yaitu memfilter data dengan range antara 0,03 Hz hingga 0,5 Hz (gambar 4).
di    timur  Wonogiri  tepatnya utara  stasiun  BKB Stasiun  BKB  adalah  seismometer  dengan  tipe
BKB dan toporafi daerah sekitar
adalah  dapat  memodelkan  struktur seismometer 3 komponen.
receiver  function  teleseismic adalah gempa dengan  magnitude diatas 6, maka  dipilihlah  event gempa  yang berasal dari jam  10:07:07  tanggal  5  September  2004  yang  memiliki
ditangkap oleh
seismometer yaitu memfilter data dengan
Gambar 4. Seismogram data event gempa Honshu Jepang pada stasiun BKB yang telah dilakukan bandpass filter .
Metode Perhitungan Receiver Function
Untuk  melakukan  analisa receiver  function diperlukan azimuth dan back  azimuth event dari  stasiun  seismometer.  Setelah  menghitung  sudut azimuth dan back  azimuth ,  maka dilakukanlah  rotasi  data  untuk  memudahkan  perhitungan receiver  function. Perekaman data  seismometer  tiga  komponen  terdiri  dari  komponen  dengan  arah  vertikal  Z,  Utara- Selatan N, dan Timur-Barat E, disebut juga rotasi ZNE.
Jansson 2008 menjelaskan ada dua sistem rotasi yang sering dipakai yaitu sistem rotasi 2D yang disebut ZRT dan  sistem  rotasi  3D  yang  dikenal  dengan LQT .  Rotasi ZRT adalah rotasi  2D  dimana  komponen Z masih  tetap  sama  pada  posisinya  dengan  yang  asli  pada rekaman ZNE ,  dapat  dilihat  pada  gambar  2.  Dan  dua  komponen  horizontal N dan E dirotasi ke arah radial R dan tangensial T dengan cara persamaan 1,
= 0 − 0 0 0 1 ( 1)
dengan = − dan  adalah back  azimuth . Back  azimuth adalah  sudut  antara  vektor pointing dari stasiun seismik yang ditarik garis ke arah utara lalu dari garis tersebut ditarik sudut ke arah sumber gempa. Rotasi ZRT digunakan untuk forward model (Jansson, 2008).
Setelah  dilakukan  rotasi  data  maka  langkah  selanjutnya  adalah  analisa receiver  function dengan  melakukan  perhitungan  terhadap  komponen  radial receiver  function dan vertikalnya,  sehingga  didapatkan  respons receiver  function . Selanjutnya  setelah mendapatkan  renspons receiver  function dilakukan  dekonvolusi  menggunakan dekonvolusi water  level .  Pada  penelitian  ini  digunakan Interactive  Receiver  Function Forward Modeller (Tkalcic, 2006).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  ini  memfokuskan  untuk  memakai  filter Gaussian  water  level dengan  nilai parameter  c  0.0001.  Parameter  ini  dipilih  karena  filter  ini  dapat  menyebabkan  distorsi terhadap  hasil receiver  function, maka  semakin  kecil  nilai  parameter water  level yang dipilih  akan  semakin  baik  hasilnya.   Untuk  parameter  lebar skala Gaussian  filter dipilih parameter a dengan nilai 1.
Event gempa  ini  memiliki azimuth a  29,5 o dengan  jarak  dari  stasiun  47,4 o .  Hasil perhitungan receiver function diperlihatkan pada gambar 5.

## Gambar 5.
Model  respons receiver  function model receiver function untuk kerak dan bagian atas mantel akan terlihat P pertama kali hingga  antara 20s function gambar 5,  terlihat  gelombang P  yang  terkonversi  menjadi  gelombang berfase atau disebut PS di sekitar 4s, PpPs di pertama kali.
Gambar 6. Perbandingan antara sintetik dengan struktur kedalaman fungsi kecepatan
Hasil forward modelling menggunakan (gambar  6),  memperlihatkan  struktur  kerak  dan  bagian stasiun BKB. Lapisan pertama kerak bumi rata Km,  dan  lapisan  kedua  ketebalannya  berkisar  26  Km.  Namun  pada  lapisan  kerak  ini terdapat low velocity pada kedalam 10 Km, 18 Km dan 24 Km.
Kenaikan  kecepatan  secara  gradual  terdapat  di  kedalaman  32  Km  dengan  ketebalan  10 Km.  Daerah  ini  dianalisa  sebagai  bidang  batas  diskontinuitas  antara  kerak  dan  mantel bagian atas yang dikenal dengan sebutan digunakan  untuk  menunjukkan  lapisan  imaginer  yang  menjadi  batas  perubahan  cepat rambat  gelombang seismik. namun ada daerah low velocity Km - 47 Km.

## KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa analisa merekonstruksi struktur kedalaman fungsi kecepatan yang baik dengan didukung oleh data
Gambar 5. Model respon receiver function pada stasiun BKB
receiver  function ini  dipotong  dari  -5s  hingga  30s,  karena  sinyal  pada untuk kerak dan bagian atas mantel akan terlihat
P pertama kali hingga  antara 20s-40s (Ammon, 1997). Berdasakan model gambar 5,  terlihat  gelombang P  yang  terkonversi  menjadi  gelombang berfase atau disebut PS di sekitar 4s, PpPs di 15s, dan  PpSs di sekitar 22s setelah waktu tiba P
Perbandingan antara sintetik receiver function dan model respons receiver function dengan struktur kedalaman fungsi kecepatan .
menggunakan Interacctive Receiver Function Forward Modeller (gambar  6),  memperlihatkan  struktur  kerak  dan  bagian  atas  mantel  dibawah  permukaan stasiun BKB. Lapisan pertama kerak bumi rata-rata dapat digambarkan dengan ketebalan 4 Km,  dan  lapisan  kedua  ketebalannya  berkisar  26  Km.  Namun  pada  lapisan  kerak  ini pada kedalam 10 Km, 18 Km dan 24 Km.
Kenaikan  kecepatan  secara  gradual  terdapat  di  kedalaman  32  Km  dengan  ketebalan  10 Km.  Daerah  ini  dianalisa  sebagai  bidang  batas  diskontinuitas  antara  kerak  dan  mantel bagian atas yang dikenal dengan sebutan Moho . Dalam ilmu geologi, istilah diskontinuitas digunakan  untuk  menunjukkan  lapisan  imaginer  yang  menjadi  batas  perubahan  cepat rambat  gelombang seismik.  Mantel bumi  di  perkirakan berada pada  kedalaman 42 low velocity yang terdapat pada mantel bagian atas pada kedalaman 42
Pada  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa analisa receiver function merekonstruksi struktur kedalaman fungsi kecepatan yang baik dengan didukung oleh data
5s  hingga  30s,  karena  sinyal  pada untuk kerak dan bagian atas mantel akan terlihat mulai waktu tiba . Berdasakan model respon receiver gambar 5,  terlihat  gelombang P  yang  terkonversi  menjadi  gelombang berfase  S s, dan  PpSs di sekitar 22s setelah waktu tiba P

## receiver function
Interacctive Receiver Function Forward Modeller atas  mantel  dibawah  permukaan rata dapat digambarkan dengan ketebalan 4 Km,  dan  lapisan  kedua  ketebalannya  berkisar  26  Km.  Namun  pada  lapisan  kerak  ini
Kenaikan  kecepatan  secara  gradual  terdapat  di  kedalaman  32  Km  dengan  ketebalan  10 Km.  Daerah  ini  dianalisa  sebagai  bidang  batas  diskontinuitas  antara  kerak  dan  mantel Dalam ilmu geologi, istilah diskontinuitas digunakan  untuk  menunjukkan  lapisan  imaginer  yang  menjadi  batas  perubahan  cepat rada pada  kedalaman 42 Km, yang terdapat pada mantel bagian atas pada kedalaman 42
receiver function telah  dapat  untuk merekonstruksi struktur kedalaman fungsi kecepatan yang baik dengan didukung oleh data
dengan  kualitas  yang  baik  direkam  pada  seismometer  broadband.  Batas  bidang diskontinuitas moho didapatkan pada kedalaman 32 Km dengan ketebalan 10 Km, lapisan pertama kerak bumi 4 Km dan lapisan kedua 26 Km. Didapatkan juga low velocity pada bagian  atas  mantel  pada  kedalaman  42  Km  dan  terdapat  juga low  velocity pada  lapisan kerak bumi di kedalaman 10, 18 dan 24 Km.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  peneliti  haturkan  kepada  Laboratorium  Geofisika  UGM  yang  telah memberikan izin untuk melakukan penelitian ini dengan menggunakan data MERAMEX, dan kepada Dr. Rer. Nat. Wiwit Suryanto yang telah membimbing dalam penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Langston,  C.A.  1979. Structure  under  mount  Rainier,Washington,  inferred  from teleseismic body waves. J. Geophys. Res., 84(B9):4749-4762.
2 Ammon, C.J. 1997. An overview of receiver-function analysis. Webpage. Department of Geoscience Pennsylvania State University. Situs dari:  http://eqseis.geosc.psu.edu/~cammon/HTML/RftnDocs/rftn01.html.
3 Tkalcic, H., Pasyanos, M.E., Rodgers, J.A., Gok, R., Walter, R.W. and Al-Amri, A.A. 2006 . multistep approach for joint modeling of surface wave dispersion and teleseismic receiver  functions:  Implications  for  lithospheric structure  of  the  Arabian  Peninsula. Journal Of Geophysical Research, Vol. 111, B11311, doi:10.1029/2005JB004130. 4 Mohsen, A. 2004. A receiver function study of the crust and upper mantle across the dead sea transform . Dissertation. Berlin University. 5 Amukti,  R.  dan Suryanto,  W.  2012 . Pemodelan  struktur  kecepatan  bawah  permukaan lapangan  panasbumi  menggunakan  analisa  receiver  function. Proceedings  the  12 th annual indonesian geothermal association meeting & conference.
6 Ammon,  C.J.  1991. The  isolation  of receiver  effects  from  teleseimic  P  wave-forms. Bulletin of the seismological Society of America , 81(6):2504-2510.