## Analisis Persebaran Seismisitas Wilayah Sumatera Selatan Menggunakan Metode

## Double Difference
Dewi Fajriyyatul Maulidah, Bagus Jaya Santosa Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : bjs@physics.its.ac.id
Abstrak —Sumatera Selatan merupakan salah satu pulau yang  sering  mengalami  bencana  gempa  bumi.  Sebagai upaya  mitigasi  bencana  gempa  bumi,  diperlukan  studi kegempaan untuk menentukan pusat gempa dengan presisi yang  tinggi.  Salah  satu  teknik  yang  digunakan  untuk merelokasi gempa bumi adalah algoritma double difference . Prinsip  dari  metode double  difference adalah residual  time dari  waktu  tempuh  yang  diamati  dan  hasil  perhitungan antara  dua event gempa  bumi  yang  berdekatan  pada stasiun  pencatat  yang  sama,  dengan  syarat  jarak  antar event harus  lebih  dekat  daripada  jarak event ke  stasiun pencatat.  Relokasi  gempa  bumi  di  Wilayah  Sumatera Selatan  dilakukan  menggunakan  software  hypoDD.  Data yang diperlukan adalah data stasiun, waktu tiba gelombang P, dan model kecepatan bumi.
Jumlah gempa bumi yang digunakan sebanyak 106 event . Stasiun  pencatat  yang  digunakan  sebanyak  9  stasiun. Proses  relokasi  dibagi  menjadi  dua  tahap,  tahap  pertama menggunakan program ph2dt dan tahap kedua menggunakan program hypoDD. Hasil relokasi memberikan  informasi  tentang  koordinat  episenter  yang bergeser  dari  posisi  awal  sebelum  direlokasi.  Tidak  hanya koordinat  episenter  yang  telah  terelokasi  dengan  baik, didapatkan  nilai  RMS  yang  lebih  kecil  dibandingkan sebelum  direlokasi.  Pergeseran  hiposenter  menyebar  ke segala  arah  dan  tidak  memiliki  kecenderungan  ke  arah tertentu, namun demikian perubahan hiposenter terbanyak ke  arah  timur  laut.  Relokasi  menggunakan  hypoDD menunjukkan adanya peningkatan kualitas relokasi apabila dilihat dari hasil residual.
Kata Kunci — Double Difference , gempa bumi, relokasi.

## I. PENDAHULUAN
ndonesia  mempunyai  posisi  geografis  yang  terletak pada  pertemuan  tiga  lempeng  aktif  dunia,  yaitu lempeng  Indo  Australia,  lempeng  Eurasia,  dan  lempeng Pasifik.  Hal  tersebut  menyebabkan  Indonesia  menjadi Negara yang rawan akan bencana gempa tektonik. Salah satu  wilayah  di  Indonesia  yang  rawan  akan  bencana gempa  bumi  adalah  Pulau  Sumatera.  Kegempaan  di daerah  Sumatera  khususnya  Sumatera  Selatan  terbilang cukup  tinggi  karena  pertemuan  antara  dua  lempeng tektonik,  yaitu  lempeng  tektonik  Indo-Australia  yang bergerak  dari  arah  barat  daya  dan  menunjam  ke  dalam lempeng Eurasia  yang  berada di  sebelah timur  laut akan menyebabkan  Pulau  Sumatera  mengalami  pembelokan, sehingga  ragam  tektoniknya  dipengaruhi  oleh  besarnya sudut  interaksi  serta  konvergensi  lempengan  [1]. Penunjaman yang relatif miring menyebabkan terbentuknya  patahan  aktif  di  Sumatera.  Zona  patahan.
Sumatera  inilah  yang  mempunyai  potensi  tinggi  sebagai penyebab terjadinya gempa.
Pemetaan wilayah yang rawan akan gempa bumi, studi tentang  struktur  kecepatan,  serta  analisis  seismisitas, memerlukan  pengetahuan  yang  baik  tentang  penentuan hiposenter  gempa  bumi  yang  akurat.  Penentuan hiposenter  masih  belum  dioptimalkan  karena  biasanya informasi  tentang  hiposenter  hanya  digunakan  untuk memberikan  informasi  yang  cepat  kepada  masyarakat. Oleh  karena  itu  perlu  dilakukan  studi  lebih  lanjut  untuk merelokasi  parameter  hiposenter  gempa  bumi  yang dihasilkan  sebelumnya.  Supaya  didapatkan  posisi hiposenter  yang  akurat  yang  dapat  bermanfaat  dalam analisis  struktur  secara  detail,  misalnya  analisis  tentang zona patahan dan sebaran patahan.
Telah dikembangkan banyak teknik untuk menentukan lokasi  hiposenter  lebih  tepat.  Salah  satunya  adalah dengan menggunakan metode double difference . Metode double  difference didasarkan  pada  kenyataan  jika  jarak hiposenter  antara  dua  gempa  bumi  lebih  kecil dibandingkan  dengan  jarak  antara event dengan  stasiun pencatatnya,  maka ray  path antara  sumber  gempa  dan stasiun pencatat hampir sama dengan panjang ray path.
Gambar 1. Ilustrasi Metode Double Difference .
Lingkaran  hitam  dan  putih  pada  Gambar  1 menunjukkan hiposenter yang dihubungkan dengan pusat gempa bumi yang ada di sekitarnya dengan data korelasi silang  dan  katalog.  Garis  putus-putus  menunjukkan  data katalog sedangkan garis utuh menunjukkan data korelasi silang. Lingkaran putih menunjukkan event gempa i dan j yang  terekam  pada  stasiun  l  dan  k  dengan  selisih  waktu tempuh 𝑑𝑡 𝑘 𝑖𝑗 dan 𝑑 𝑙 𝑖𝑗 . Sedangkan ∆𝑥 𝑖 dan ∆𝑥 𝑗 merupakan vektor relokasi [2].
Waktu residu antara pengamatan dan perhitungan (∆d) pada  metode double  difference merupakan  perbedaan waktu  tempuh  observasi  dan  kalkulasi  antara  dua event gempa bumi, dapat dinyatakan dalam persamaan
𝑑 𝑘 𝑖𝑗 = (𝑡 𝑘 𝑖 − 𝑡 𝑘 𝑗 ) 𝑜𝑏𝑠 − (𝑡 𝑘 𝑖 − 𝑡 𝑘 𝑗 ) 𝑐𝑎𝑙 (1)
I
dengan 𝑡 𝑘 𝑖 merupakan waktu tempuh gelombang seismik ke stasiun k akibat gempa  bumi  i  dan  merupakan waktu tempuh  gelombang  seismik  ke  stasiun  k  akibat  gempa bumi  j.  Selanjutnya  Persamaan  (2)  dapat  ditulis  dalam bentuk [3]:
∆𝑑 = 𝜕𝑡 𝑘 𝑖 𝜕𝑚 ∆𝑚 𝑖 − 𝜕𝑡 𝑘 𝑗 𝜕𝑚 ∆𝑚 𝑗 (2)
Persamaan (2) dapat ditulis menjadi
∆𝑑 = 𝜕𝑡 𝑘 𝑖 𝜕𝑥 ∆𝑥 𝑖 + 𝜕𝑡 𝑘 𝑖 𝜕𝑦 ∆𝑦 𝑖 + 𝜕𝑡 𝑘 𝑖 𝜕𝑧 ∆𝑧 𝑖 + ∆𝑡 𝑘 𝑖 − 𝜕𝑡 𝑘 𝑖 𝜕𝑥 ∆𝑥 𝑗 − 𝜕𝑡 𝑘 𝑖 𝜕𝑦 ∆𝑦 𝑗 − 𝜕𝑡 𝑘 𝑖 𝜕𝑧 ∆𝑧 𝑗 − ∆𝑡 𝑘 𝑗 (3)
Apabila  dinyatakan  dalam  bentuk  matrik  maka persamaannya akan menjadi
( ∆𝑑 1 ∆𝑑 2 … … ∆𝑑 𝑛 ) = ( 𝜕𝑡 1 𝜕𝑥 1 𝜕𝑡 2 𝜕𝑥 2 … … 𝜕𝑡 𝑛 𝜕𝑥 𝑛 𝜕𝑡 1 𝜕𝑦 1 𝜕𝑡 2 𝜕𝑦 2 … … 𝜕𝑡 𝑛 𝜕𝑦 𝑛 𝜕𝑡 1 𝜕𝑧 1 𝜕𝑡 2 𝜕𝑧 2 … … 𝜕𝑡 𝑛 𝜕𝑧 𝑛 1 1 … … 1 ) ( ∆𝑥 ∆𝑦 ∆𝑦 ∆𝑡 ) (4)
atau
𝑊∆𝑑 = 𝑊𝐺∆𝑚
(5) dimana  ∆d  adalah  matriks  waktu  residu  berdimensi M × 1.  M  dan  G  berturut-turut  merupakan  jumlah  data observasi double  difference dan  matriks  Jacobi  yang berdimensi  M × 4N.  N  dan  ∆m  berturut-turut  adalah jumlah  gempa  bumi  dan  matriks  perubahan  model  yang berdimensi  4N × 1,  sedangkan  W  merupakan  matriks diagonal  yang  menjadi  pembobotan  dalam  persamaan perhitungan waktu tempuh gelombang [2].
Waldhauser dan Ellsworth (2000), menerapkan metode double  difference pada  patahan  Hayward  utara  di California dan hasilnya menunjukkan struktur yang lebih fokus  dibandingkan  dengan  metode  sebelumnya  [3]. Dunn  pada  tahun  2004  menggunakan  hypoDD  yang berdasarkan  pada  metode double  difference untuk menguji relokasi hiposenter gempa bumi dalam usahanya mengatasi  orientasi  patahan  sehingga  memberikan pandangan  yang  lebih  jelas  terhadap  tektonik  zona seismic  Tennessee  Timur  [4].  Miyazawa  (2007)  juga memperlihatkan  bahwa  metode double  difference secara signifikan dapat meningkatkan lokasi gempa bumi mikro pada Cold Lake [3]. Pada kesempatan ini, akan dilakukan penelitian  yang  bertujuan  untuk  merelokasi  hiposenter gempa  bumi  wilayah  Sumatera  Selatan  menggunakan metode double  difference. Relokasi  diharapkan  dapat meningkatkan  keakuratan  posisi  sumber  gempa  bumi sehingga  diperoleh  posisi  sumber  gempa  bumi  yang dapat dijadikan acuan dalam studi kegempabumian lebih lanjut.

## II. METODE

## Relokasi Hiposenter
1) Konversi data
Penelitian  ini  menggunakan  data  berformat  .openssl, dimana proses pengambilan data dilakukan  melalui situs resmi  pencatatan  gempa  yaitu  webdc.eu.  Data  ini nantinya  akan  diproses  dengan  bantuan  perangkat  lunak OpenSSL  dan  Jrdseed  untuk  merubah  format  data  ke dalam  bentuk  .SAC.  Penelitian  ini  menggunakan  106 event  yang  tersebar  di  daerah  Sumatera  Selatan  pada tahun  2010-2015  dengan  stasiun  pencatat  yang
digunakan sebanyak 9 stasiun. Data yang didapatkan dari hasil  pemilihan  data  gempa  berformat  .OPENSSL,  oleh karena  itu  dilakukan  proses  konversi  data  yaitu  sebuah proses  merubah  format  data  dari  .OPENSSL  menjadi .SEED. Proses ini menggunakan sofware OpenSSL yang dapat  dijalankan  menggunakan command  prompt. Hasil keluaran  dari  proses  ini  adalah  data  dengan  format .SEED.
Setelah  format  data  berubah  menjadi  .SEED,  maka dilakukan  proses  konversi  data  lagi  untuk  merubah format  data  dari  .SEED  menjadi  .SAC.  Hal  tersebut dilakukan karena data yang dibutuhkan dan dapat dibaca oleh  software  SeisGram2K70  adalah  data  berformat .SAC. Proses konversi data yang kedua ini menggunakan software  Jrdseed  yang  dapat  dijalankan  menggunakan command  prompt .  Hasil  keluaran  dari  proses  ini  adalah data  dengan  format  .SEED  yang  memiliki  3  komponen yaitu BHE, BHN dan BHZ.
2) Picking data
Picking data  dilakukan  menggunakan  software SeisGram2K70,  dengan  software  tersebut  data  gempa yang  telah  dirubah  menjadi  format  .BHE,  BHN,  dan BHZ  dapat  ditampilkan  seperti  pada  Gambar  2.Berikut ini contoh picking data gelombang P.
Gambar 2 . Contoh Picking waktu tempuh gelombang P
3) Pengolahan Data dengan ph2dt dan hypoDD
Tahap pertama untuk relokasi  hiposenter  yaitu analisa fase  atau  bentuk  gelombang  dari  perbedaan travel  time tiap e vent . Program yang digunakan untuk tahap pertama yaitu  ph2dt. Input dari  program  ph2dt  membutuhkan travel  time dari  gelombang  yang  dihasilkan  tiap event pada  setiap  stasiun  pencatat.  Hasil output dari  program ph2dt  merupakan  file-file  yang  digunakan  sebagai masukan  untuk  mengolah  data  menggunakan  program hypoDD, yaitu diantaranya file dt.ct, event.sel, event.dat, dan  ph2dt.log.  Kemudian  untuk  menjalankan  program ph2dt  digunakan  RedHat  Cgywin,  apabila  PC  atau komputer yang digunakan tidak berbasis Linux. Sehingga didapatkan tampilan output dari ph2dt seperti Gambar 3.
Gambar 3. Tampilan output windows dan processing ph2dt menggunakan RedHat Cgywin
Kemudian  tahap  kedua  yaitu  mengolah  data  yang didapatkan  dari  tahap  pertama  untuk  menentukan  lokasi dari  dua  hiposenter  yang  berbeda.  Output  dari  program ph2dt  digunakan  sebagai  input  dari  program  hypoDD. Keluaran  dari  program  ph2dt  adalah  file  dt.ct,  event.sel, event.dat,  dan  ph2dt.log.  Sedangkan  inputan  yang dibutuhkan untuk program hypoDD adalah file dt.ct, file event.sel  atau  event.dat,  dan  file  stasiun.dat.  Proses pengolahan  kedua  menggunakan  program  hypoDD. Berikut tampilan proses menggunakan hypoDD:
Gambar 4. Tampilan output windows dan processing hypoDD menggunakan RedHat Cgywin

## Pemetaan Seismisitas
Pembuatan  peta  persebaran  seismisitas  dilakukan dengan  menggunakan  software  GMT.  Peta  persebaran seismisitas akan ditampilkan untuk setiap cluster . Dalam pembuatan  peta  persebaran  diperlukan input berupa magnitude , koordinat gempa dan stasiun, serta keterangan  lainnya  dari  suatu event gempa.  Setelah  itu hasil peta persebaran akan diplot berdasarkan magnitude gempa.  Pertama  disiapkan  data  tentang event gempa dalam format .gmt seperti pada Gambar 5. Pada Gambar 5  format  penulisannya  adalah longitude kemudian  baru lattitude dari event gempa.  Kemudian  dibuat  file  dalam bentuk .bat seperti pada Gambar 6.
Gambar 5. Input software GMT dalam file berformat .gmt
Gambar 6. Input software GMT dalam file berformat .bat Gambaran singkat alur penelitian diperlihatkan dalam diagram alir gambar 7 berikut:
Gambar 7. Diagram Alir penelitoan
III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisis Pola Persebaran Seismisitas
Peta  gempabumi  di  daerah  Sumatera  Selatan sebelum  dan  sesudah  direlokasi  ditunjukkan  oleh Gambar  8  dan  Gambar  9.  Warna  merah  menunjukkan posisi  stasiun  perekam,  sedangkan  warna  kuning menunjukkan  posisi  episenter  sebelum  relokasi  dan warna  biru  menunjukkan  posisi  episenter  setelah relokasi. Pada Gambar 9 dapat dilihat bahwa persebaran gempabumi  terelokasi  lebih  terfokus  dan  berkumpul dalam  beberapa  zona  dibandingkan  persebaran  sebelum direlokasi.
Gambar 8. Plot episenter sebelum relokasi
Gambar 9. Plot episenter setelah relokasi
Latitude dan longitude dari  episenter  sebelum  dan sesudah relokasi akan mengalami perubahan, begitu pula hiposenter  dari  gempa  bumi  setelah  direlokasi  juga mengalami  perubahan.  Pergeseran  posisi  episenter  serta perubahan  dari  kedalaman  hiposenter  suatu event dapat berubah  karena  jaringan  stasiun  pencatat  yang  mencatat suatu event berbeda-beda,  jadi  apabila event tersebut mengalami  pergeseran  artinya event tersebut  berada diluar sebagian besar jaringan stasiun pengamat.
Gambar 10. Cross Section hiposenter sebelum relokasi
Gambar 10 dan Gambar 11 menunjukkan cross section dari hiposenter gempabumi di wilayah Sumatera Selatan sebelum  dan  sesudah  dilakukan  relokasi.  Secara  umum, persebaran  gempabumi  banyak  berada  di  kedalaman dangkal yaitu kurang dari 80 km (h<80km). Gempabumi di Sumatera Selatan  banyak disebabkan akibat tunjaman lempeng,  sehingga  gempabumi  yang  berada  di  zona subduksi akan memiliki kedalaman dangkal.
Gambar 12. Peta persebaran seismisitas gempa Sumatera Selatan
Pada  Gambar  12  terlihat  bahwa  gempabumi  yang terelokasi membentuk suatu pola yang saling berkumpul. Terdapat  empat  pola  mengumpul  pada  Gambar  12.  Pola pertama  yaitu  gempa  menengah  atau  gempa  yang memiliki  kedalaman  lebih  dari  80  km  berkumpul mendekati garis hitam, dimana garis tersebut merupakan garis  patahan  pada Sumatran  Fault  Zone  System. Kemudian  pola  kedua  dan  pola  ketiga  terlihat  episenter cenderung  berkumpul  pada  daerah  zona  subduksi. Gempabumi  yang  terjadi  pada  pola  kedua  dan  ketiga dinamakan  gempabumi  subduksi  yang  merupakan gempabumi yang terjadi di pertemuan lempeng Samudra dengan overriding plate atau disebut dengan gempabumi interface  slip atau  gempabumi  zona megathrust .  Akan tetapi  pola  kedua  cenderung  mendekati  garis  patahan sehingga  mengalami  pergeseran  ke  arah  timur  laut. Sedangkan  pola  ketiga  cenderung  tidak  berkumpul mendekati garis patahan  melainkan semakin condong ke arah  barat  daya.  Pola  keempat  berada  di  zona  subduksi akan tetapi pada zona subduksi tersebut terdapat patahan Sunda.

## Diagram Rose dan Diagram Kompas
Arah  dari  pergeseran  episenter  dari  gempa  bumi  hasil relokasi  dapat  diketahui  melalui  diagram  kompas  dan juga diagram rose.
Gambar 14. Diagram rose
Tanda  panah  pada  diagram  kompas  Gambar  13 menunjukkan  arah  pergeseran  hasil  relokasi  gempa, sedangkan  angka  20,  40,  60,  dan  80  menunjukkan  jarak pergeseran dari gempa tersebut dalam km. Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa jarak pergesaran episenter gempa bumi  hasil  relokasi  dominan  pada  jarak  kurang  dari  20 km.  Diagram  rose  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  14 menggambarkan jumlah gempabumi dan sudut perubahan  arah  relokasi  gempabumi.  Pada  gambar tersebut lingkaran dengan skala 2 sampai 8 menunjukkan jumlah event gempa  sedangkan  interval  0  sampai  330 menunjukkan sudut pergeseran hasil relokasi. Pergeseran episenter  terjauh  sebesar  66,3854  km ≈  66  km  dengan besar  sudut  azimuth  0,95°  terhadap  arah  utara,  dengan pergerakan  yang  semakin  dalam  dari  kedalaman  66  km menjadi  68,911  km.  Persebaran  gempabumi  yang  sudah direlokasi  cenderung  menyebar  ke  segala  arah,  namun perubahan episenter terbanyak pada arah Timur Laut.

## Histogram RMS
Proses  relokasi  akan  menghasilkan  nilai  RMS. Perbandingan  histogram  RMS  sebelum  dan  sesudah relokasi ditunjukkan oleh Gambar 14, dimana  histogram yang  berwarna  merah  adalah  RMS  setelah  direlokasi sedangkan  histogram  yang  berwarna  biru  sebelum relokasi.  Hampir  semua  nilai  RMS  dari event yang terolakasi  mendekati  0,  dengan  nilai  RMS  terkecil  yaitu 0,002,  meskipun  ada  beberapa events yang  nilai  RMS nya lebih dari 0, akan tetapi dari Gambar 15 dapat dilihat bahwa RMS hasil relokasi  jauh  lebih  baik daripada nilai RMS yang dihasilkan sebelum relokasi. Nilai RMS yang diperoleh  setelah  proses  relokasi  menggunakan  program hypoDD dapat memberikan informasi yang lebih baik.
Nilai  RMS  yang  dihasilkan  menunjukkan  keakuratan dari parameter model yang diperoleh. Apabila nilai RMS yang  diperoleh  kecil,  maka  nilai  parameter  model  yang dihasilkan  mendekati  nilai  sebenarnya  sehingga  kurva hasil  perhitungan  dengan  hasil  observasi  semakin berhimpit yang artinya model parameter yang digunakan melalui  proses  perhitungan  semakin  mendekati  hasil observasi.  Besar  kecilnya  nilai  RMS  yang  dihasilkan dipengaruhi  oleh  penentuan  nilai  tebakan  awal  dari parameter model.
Selain  itu  faktor  lain  yang  dapat  mempengaruhi keakuratan dari hasil yang didapatkan adalah keakuratan dalam  pemilihan  waktu  tiba  gelombang  P  dan  S  yang dilakukan pada proses picking data.
Gambar 15. Histogram RMS residual

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat disimpulkan bahwa untuk episenter tersebar dalam empat pola,  dimana  pola  pertama  berada  di  daerah  Garis Patahan  Sumatera (Sumatran  Fault  Zone  System) , kemudian  pola  kedua  dan  ketiga  berada  di  daerah  zona subduksi,  dan  pola  keempat  berada  di  daerah  patahan Sunda.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Dosen Pembimbing yaitu Prof. Bagus Jaya Santosa, S.U  atas bimbingannya  dalam  pelaksanaan  hingga  pembuatan laporan ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Barber, A.J., Crow, M.J., Milsom, J., 2005. Sumatra: Geology,  Resources  and  Tectonic  Evolution. Geological Society of London.
[2] Sunardi,  B.,  Rohadi,  S.,  Masturyono,  M.,  2012. Relokasi  Hiposenter  Gempa  Bumi  Wilayah  Jawa Menggunakan Teknik Double Different. J. Meteorol. dan Geofis. 13.
[3] Waldhauser,  F.  and  Ellsworth,  W.L.,  2000.  “ A Double-difference  Earthquake  Location  Algorithm: Method  and  Application  to  the  Northern  Hayward Fault, California ”.  Bull. Seismo. Soc. Am. Vol. 90,
1353-1368.
[4] Dunn,  M.  Meredith  (2004).  Relocation  of  Eastern Tennessee  Earthquakes  using  HypoDD.  Master Thesis,  Virginia  Polytechnic  Institute  and  State University, Blackburg.