Pengaruh Trial Focal Depth terhadap Kedalaman Sumber Gempa Menggunakan Hypo71pc (Studi Kasus Kegempaan di Sulawesi Utara)
A.M.Miftahul Huda 1* dan Nuruddin Kafy El-Ridlo 2
1 Prodi Teknik Instrumentasi Elektronika Migas, Sekolah Tinggi Teknologi Migas, Balikpapan
2 Prodi Teknik Perminyakan, Sekolah Tinggi Teknologi Migas, Balikpapan
* miftahul@sttmigas.ac.id

## ABSTRACT
Hypocenter  modeling of earthquake events has been carried out in the North Sulawesi region using  HYPO71  devices.  The  process  of  determining  of  hypocenter  considered  to  various aspects of reference, one of which is the use of trial focal depth. This research will discuss the influence  of  these  elements  in  giving  iteration  results.  Seismic  data  comes  from  the Meteorology and Geophysics Agency station from 2008-2018 with a magnitude of more than M  6.  The  Methods  of  testing  is  done  randomly  by  taking  into  account the  depth  of  the  data reported. The test results obtained a relatively large influence on the data that gives output and suitability to the position of the earthquake events and its depth. The effect caused by the trial focal  depth  affects  the  iterative  process  in  quantity  of  data  processing.  Based  on  root  mean square error correlated to uniqueness of the output obtained 5 events with the best conditions
Keywords: hypocenter, HYPO71PC, trial focal depth.

## ABSTRAK
Pemodelan  hiposenter  kejadian  gempa  telah  dilakukan  di  wilayah  Sulawesi  utara menggunakan  perangkat  HYPO71PC.  Proses  penentuan  posisi  hiposenter  memperhatikan berbagai aspek referensi, salah satunya adalah penggunaan kedalaman fokal uji. Penelitian ini akan  membahas  pengaruh  elemen  tersebut  dalam  memberikan  hasil  iterasi.  Data  kegempaan berasal  dari  stasiun  Badan  Meteorologi  Klimatologi  dan  Geofisika  dari  tahun  2008-2018 dengan ketentuan magnitudo lebih dari 6. Metode pengujian dilakukan secara random dengan memperhatikan  data  kedalaman  terlapor.  Hasil  pengujian  didapatkan  pengaruh  yang  relatif besar  terhadap  data  yang  memberikan  luaran  dan  kesesuaian  dengan  posisi  kejadian  gempa serta  kedalamannya.  Efek  yang  ditimbulkan  oleh  kedalaman  fokal  uji  mempengaruhi  proses iterasi  secara  kuantitas  pemrosesan  data.  Berdasarkan  nilai  kesalahan root  mean  square dan keunikan luaran didapatkan 5 buah kejadian dengan kondisi terbaik.
Kata kunci: hiposenter, HYPO71PC, kedalaman fokal uji.

## PENDAHULUAN
Penentuan  hiposenter  menjadi  rutinitas  utama  pemrosesan  data  kegempaan.  Hiposenter dan  waktu  terjadinya  gempa  menunjukkan  kapan  dan  di  mana  sumber  terjadinya kegempaan, sehingga menjadi pertimbangan utama dalam proses mitigasi bencana gempa bumi. Hiposenter memiliki tiga variabel yang terkait satu dengan yang lain yaitu latitude, longitude  dan  kedalaman.  Penentuan  hiposenter  dapat  dilakukan  dalam  dua  cara  utama yaitu  menggunakan  metode  grafik  dan  menggunakan  metode  perhitungan [1] .  Metode perhitungan  biasanya  dikaitkan  dengan  Metode  Geiger  yang  menjadi  inti  dari  berbagai perangkat  lunak  dan  metode  untuk  memproses  data  kegempaan,  diantaranya  adalah HYPO71PC [2] pengembangan  dari  HYPOINVERSE [3] dan  HYPOCENTER [4] ,  metode joint hypocentre determination (JHD) [5] ,  metode modified joint hypocentre determination (MJHD) [6] ,  serta  metode  inversi  simultan  hiposenter  dan  struktur  kecepatan  gelombang baik untuk 1 dimensi [7] maupun 3 dimensi [8] .
Dinyatakan  bahwasanya  jika  kita  dapat  menentukan  secara  pasti  letak focal  depth maka kita  dapat  menentukan  secara  tepat  hiposenter  suatu  gempa  melalui  metode  kalkulasi [1] . Hanya  saja  penentuan  hiposenter  merupakan  permasalahan  nonlinier  yang  sangat  sukar untuk  ditentukan  secara  pasti  parameter-parameter  utamanya  ( lattidude , longitude , kedalaman,  waktu),  oleh  karenanya  pada  HYPO71PC  dilakukan  proses  linierasisasi terlebih  dahulu [2] .  Dilaporkan  pula  pengaruh focal  depth  error (FDE)  sebagai  bentuk selisih  dari  perhitungan  kedalaman  meggunakan  fungsi  Green  dengan  kedalaman  riil, untuk  menentukan  momen  tensor,  dinyatakan  bahwa  sangat  sulit  untuk  menentukan kedalaman  sebuah  gempa  riil,  baik  dilakukan  secara  metode  kinematik  maupun  dinamik sehingga mempengaruhi karakteristik dari sumber gempa [9] . Pada HYPO71PC dibutuhkan parameter trial focal depth (TFD) untuk mengiterasi hiposenter suatu gempa. Oleh karena itu  dalam  artikel  ini  kami  ingin  melaporkan  hasil  pengaruh  penggunaan  TFD  yang digunakan pada HYPO71PC untuk mengestimasi nilai kedalaman riil di lapangan.

## METODE
Penelitian  ini  menggunakan  data  rekaman  seismik  yang  didapatkan  dari  stasiun  BMKG untuk  gempa  dengan  skala  magnitudo  lebih  dari  6.    Data  diolah  menggunakan  program analisis  kegempaan Seismic  Analysis  Code (SAC) [10] untuk  ditentukan  waktu  tiba gelombang  P  dan  S [11] .  Kemudian  data  disiapkan  beserta  parameter-parameter  masukan sesuai  dengan  yang  dibutuhkan  pada  data  input  HYPO71PC.  Program  HYPO71PC dijalankan  dengan memvariasikan nilai TFD, mulai dari 0,0 km sampai dengan 90,0 km. Berikut  merupakan  tampilan  gelombang  seismik  3  komponen  dari  program  SAC  untuk menganalisis waktu tempuh gelombang primer (P) dan sekunder (S).
Gambar 1. Tampilan rekaman seismik pada SAC yang telah dilakukan picking waktu tempuh gelombang P dan S untuk kejadian gempa 80209 yang direkam oleh stasiun MNI
Tampilan  rekaman  seismik  dari  BMKG  sebagai  contoh  pada  Gambar  1  merupakan rekaman  seismik  untuk  stasiun  MNI  pada  kejadian  gempa  80209  yang  terdiri  dari  tiga komponen. Komponen-komponen tersebut yaitu komponen utara-selatan, timur-barat, dan vertikal.  Untuk mendapatkan waktu tiba gelombang S  yang murni, dilakukan rotasi  data, sehingga menjadi komponen radial, transversal, dan vertikal.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  yang  dianalisa  sebagaimana  ditunjukkan  oleh  Tabel  1  bahwasanya  nilai  magnitudo terlapor ≥ 6 dengan kedalaman terendah adalah 10,0 km dan terdalam142,0 km di bawah permukaan. Jika dilakukan klasifikasi terhadap data awal menjadi tiga kategori, kedalaman antara  0,0-50,0  km,  kedalaman  antara  51,0-100,0  km,  dan  kedalaman  di  atas  100,0  km maka secara berturut-turut untuk kategori pertama terdapat 6 data, kedua 3 data, dan ketiga 3 data.
Tabel 1. Atribut data penelitian berdasarkan katalog kegempaan BMKG
No Waktu Mula Mag. Lat. Long. Kedalaman Wilayah 1 2017-05- 29T14:35:23 6,5 -1,27 120,45 13,0 Sulawesi, Indonesia 2 2015-03- 15T23:17:17 6,0 -0,54 122,42 29,0 Minahassa Peninsula, Sulawesi 3 2014-11- 15T03:08:05 6,3 -0,23 124,07 104,0 Southern Molucca Sea 4 2014-09- 10T02:46:10 6,2 -0,18 125,09 54,0 Southern Molucca Sea 5 2012-12- 17T09:16:32 6,1 -0,72 123,93 46,0 Minahassa Peninsula, Sulawesi 6 2012-08- 18T09:41:52 6,3 -1,31 120,11 10,0 Sulawesi, Indonesia 7 2011-12- 13T07:52:12 6,0 0,07 123,15 162,0 Minahassa Peninsula, Sulawesi 8 2011-02- 15T13:33:55 6,2 -2,47 121,55 34,0 Sulawesi, Indonesia 9 2010-04- 05T10:05:48 6,0 -0,13 125,11 57,0 Southern Molucca Sea 10 2008-12- 11T21:40:53 6,2 0,00 123,60 142,0 Minahassa Peninsula, Sulawesi 11 2008-11- 16T17:02:34 7,4 1,40 122,10 39,0 Minahassa Peninsula, Sulawesi 12 2008-10- 20T04:54:20 6,3 0,20 120,60 108,0 Minahassa Peninsula, Sulawesi 13 2008-02- 09T18:34:03 6,1 -0,20 125,20 57,0 Southern Molucca Sea
Pengujian  dari  data  tersebut  dilakukan  dengan trial dan error ,  adapun  kedalaman  yang digunakan meliputi 0,0 km, 20,0 km, 30,0 km, 40,0 km, 50,0 km, 60,0 km, 70,0 km, 80,0 km, dan 90,0 km. Data input yang digunakan sesuai dengan kebutuhan pada HYPO71PC, yaitu  berupa  data  waktu  tiba  gelombang  P  dan  S,  data  waktu  kejadian,  data  kedalaman, data  magnitudo,  serta  data  posisi  stasiun.  Pengujian  dilakukan  secara  bertahap,  dengan melakukan variasi terhadap parameter kedalaman, dimulai dari kedalaman 0,0 km sampai 90,0  km  kemudian  dilihat  hasil luarannya,  meliputi  jumlah  yang  memberikan  luaran  dan keunikan luaran.
Setelah  dilakukan  iterasi  didapatkan  data  hasil  berupa  kuantitas output berdasarkan  TFD yang  digunakan  sebagaimana  Tabel  2.  Diketahui  bahwa  tidak  semua  data  memberikan hasil,  didapatkan  maksimal  12  output  data  dan  minimal  1.  Hasil  ini  dipengaruhi  oleh parameter kontrol yang diatur dalam HYPO71PC yang dapat menghentikan proses iterasi jika terdapat nilai yang tidak sesuai dengan parameter [12] .
Tabel 2. Kuantitas luaran berdasarkan penggunaan TFD No  TFD (km)  Kuantitas output 1 0,0 10 2 20,0 11 3 30,0 12 4 40,0 7 5 50,0 11 6 60,0 12 7 70,0 12 8 80,0 1 9 90,0 12
Jika  dijabarkan  berdasarkan  data  output  kedalaman  dibandingkan  dengan  kedalaman mula-mula,  maka  dapat  dilihat  bahwa  tidak  semuanya  memiliki  solusi  yang  unik sebagaimana Tabel 3.
Tabel 3. Perbandingan kedalaman data awal dengan output berdasarkan penggunaan TFD
Gempa BMKG (km) Iterasi TFD (km) 0,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 80209 57,0 - 20,0 30,0 149,6 - 105,5  112,1 - 143,2 81020 108,0 - - - - - - - - - 81116 39,0 0,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 - 90,0 81211 142,0 0,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 15,3 - 90,0 100405 57,0 0,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 - 90,0 110215 34,0 - - 30,0 99,9 23,3 5,9 12,3 - 209,4 111213 162,0 113,4  362,1  129,1  130,9  155,1  107,5  115,4 - 130,7 120818 10,0 0,0 65,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 - 90,0 121217 46,0 0,0 20,6 59,2 - 87,7 13,0 39,5 - 42,4 140910 54,0 0,0 20,0 30,0 - 50,0 60,0 70,0 - 90,0 141115 104,0 0,0 20,0 30,0 - 50,0 60,0 70,0 - 90,0 150315 29,0 0,0 86,3 113,7 - 133,8 95,5 98,1 - 128,8 170529 13,0 0,0 20,0 30,0 - 50,0 60,0 70,0 - 90,0
Berdasarkan  Tabel  3  kita  dapat  mengetahui  perbedaan  yang  cukup  besar  untuk  setiap pengujian kedalaman TFD. Pada penggunaan kedalaman 80,0 tidak ada yang memberikan luaran  dan  ini  dimungkinkan  merupakan  sebuah  anomali.  Penyebab  utama  kemungkinan adalah kondisi data masukan dan parameter pendukung yang diperlukan dalam melakukan linierisasi. Dari data-data tersebut dapat dilihat bahwasanya terdapat tujuh kejadian gempa, ditandai  dengan shading, memberikan  solusi  yang  dapat  dikatakan  tidak  unik.  Hasil  dari iterasi untuk kejadian 81020 tidak diperoleh yang diyakini akibat kondisi data yang tidak baik  sehingga  tidak  dapat  dilanjutkan  tahap  iterasi.  Sedangkan  untuk  kejadian  yang memiliki solusi yang unik meliputi 80209, 110215, 111213, 121217, dan 150315.
Tabel 4. Nilai RMS dari pengujian kedalaman uji TFD Gempa Iterasi TFD (km) 0,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0  80,0 90,0 80209 - 1,77 1,83 1,82 - 1,78 1,80 - 1,79 81020 - - - - - - - - - 81116 11,69  10,48  10,96  11,0  11,05  11,06  11,06 - 11,03 81211 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 - 0,16 100405 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 - 0,44 110215 - - 2,03 0,84 1,24 1,25 1,22 - 1,43 111213 0,35 0,61 0,35 0,35 0,36 0,35 0,35 - 0,35 120818 6,3 0,17 0,39 1,29 1,29 1,29 1,29 - 1,29 121217 0,46 0,45 0,45 - 0,46 0,45 0,45 - 0,46 140910 0,36 0,33 0,33 - 0,33 0,33 0,33 - 0,33 141115 7,05 0,35 0,35 - 0,35 0,35 0,35 - 0,35 150315 3,26 2,23 0,27 - 1,77 2,24 2,22 - 2,11 170529 3,58 0,60 0,60 - 0,60 0,62 0,29 - 0,29
Berdasarkan  data  kesalahan Root  Mean  Square  (RMS) diketahui  bahwasanya  hasil  yang baik terletak pada rentang antara 0  - 0,3. Jika terjadi nilai kesalahan RMS lebih dari 0,3, maka  untuk  kedalaman  dikatakan  sebagai  hasil  iterasi  yang  buruk  untuk  kedalaman, namun masih layak untuk posisi episenter. Implikasi perhitungan kesalahan RMS terletak pada hubungan antara episenter dan kedalaman fokal itu sendiri. Nilai RMS menunjukkan kualitas  episenter  dan  kedalaman  yang  diujikan.  Namun  demikian,  kondisi  tersebut  tidak serta merta memvisualisasikan batas kesalahan aktual di lapangan [2] .
Tabel  4  menyatakan  bahwa  tidak  semua  kejadian  genpa  dapat  diketahui  nilai kedalamannya,  hal  ini  kemungkinan  disebabkan  oleh  dua  hal  utama,  yaitu  data  masukan dan parameter. Selain itu pada kejadian 81116 dengan nilai RMS kesalahan sebesar 11,03 dan  diyakini  tidak  dapat  diterima,  kemudian  dari  data  hanya  didapatkan  satu  buah  data kejadian  yang  memberikan  RMS  kurang  dari  0,3  pada  kejadian  gempa  81211.  Jika merujuk  pada  kondisi  RMS  tersebut  maka  hasil  ini adalah  yang  terbaik,  namun  jika  kita merujuk  pada  Tabel  3  terkait  hasil  iterasi  terhadap  kedalaman  kondisinya  menjadi  tidak baik. Jika kita lihat berdasarkan korelasi data RMS dan keunikan data luaran kedalaman, maka untuk kejadian 80209 luaran terbaik berdasarkan TFD 60 km, 110215 berdasarkan TFD  40  km,  111213  berdasarkan  TFD  50  km,  121217  berdasarkan  TFD  50  km,  dan 150315 berdasarkan TFD 30 km.
Secara umum penggunaan TFD mempengaruhi luaran kedalaman dan TFD dengan luaran terbaik  adalah  yang  mendekati  rentang  nilai  tengah  dari  kedalaman  yang  dominan  dari data yang dianalisa. Pendekatan menggunakan parameter uji telah dilakukan dalam banyak kasus,  adapun  beberapa  aplikasinya  diantaranya  dengan  memberikan  parameter  sumber seismik  uji  untuk  merelokasi  gempa  di  Pidie  Jaya  Mw  6,5 [13] ,  solusi  mekanisme  fokal  di wilayah  Himalaya [14] ,  penentuan  model  kecepatan  1  dimensi  di  Iran [15] ,  juga  pada  proses penentuan  model  kerak  dangkal  serta  hiposenter  dari  data  kegempaan  di  gurun  Mojave, California [16] .  Ketidakpastian  dari  parameter  hiposenter  sendiri  dapat  diestimasi  dengan memberikan gangguan khusus terhadap parameter-parameter hiposenter [17] .

## KESIMPULAN
Kedalaman fokal uji mempengaruhi hasil kuantitas dan kualitas luaran proses iterasi pada HYPO71PC.  Kondisi  terbaik  didapatkan  ketika  iterasi  menggunakan  TFD  rata-rata  atau yang mendekati dari kedalaman yang sering ditemukan pada zona data yang dianalisa.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Kami  mengucapkan  terimakasih  kepada Direktorat  Riset  dan  Pengabdian  Masyarakat, Direktorat  Jenderal  Penguatan  Riset  dan  Pengembangan  Kementerian  Riset,  Teknologi,  dan Pendidikan  Tinggi  Republik  Indonesia atas  pendanaan  terhadap  penelitian  kami  serta BMKG  yang  telah  memberikan  akses  data  penelitian.  Selain  itu  diucapkan  terimakasih kepada  pengembang  SAC [10] dan  HYPO71PC [2] telah  memberikan  ijin  penggunaan program dalam pelaksanaan penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Hurukawa, N. 2012. Practical Analyses of Local Earthquake. IISEE : Tsukuba, Japan.
2 Lee, W. H. K., & Valdes, C. M. 1985. HYPO71PC: A personal computer version of the HYPO71 earthquake location program. US Geological Survey .
3 Klein,  F.  W.  1978.  Hypocenter  location  program  HYPOINVERSE. US  Geological Survey.
4 Lienert,  B.,  Berg,  E.,  &  Frazer,  L.  1986.  HYPOCENTER:  An  earthquake  location method  using  centered,  scaled,  and  adaptively  damped  least  squares. Bulletin  of  the Seismological Society of America , Vol. 76, No. 3, Hal. 771–783.
5 Douglas, A. 1967. Joint epicentre determination. Nature , Vol. 215, Hal. 47–48.
6 Hurukawa,  N.,  &  Imoto,  M.  1990.  Fine  Structure  of  an  Underground  Boundary between the Philippine Sea and Pacific Plates beneath the Kanto District, Japan. Zisin (Journal of the Seismological Society of Japan) , Vol. 43, No. 3, Hal. 413–429.
7 Crosson, R. S. 1976. Crustal structure modeling of earthquake data: 1. Simultaneous least  squares  estimation  of  hypocenter  and  velocity  parameters. Journal  of Geophysical Research , Vol. 81, No. 17, Hal. 3036–3046.
8 Koketsu,  K.,  Miyake,  H.,  Afnimar,  &  Tanaka,  Y.  2009.  A  proposal  for  a  standard procedure  of  modeling  3-D  velocity  structures  and  its  application  to  the  Tokyo metropolitan area, Japan. Tectonophysics, Vol. 472, No. 1–4, Hal. 290–300.
9 Xu,  L.-S.  &  Chen,  Y.-T.  1997.  The  effect  of  focal  depth  error  on  moment  tensor inversion. Acta Seismologica Sinica . Vol. 10, No. 5, Hal. 571–580.
10 Goldstein, P.,  Dodge, D.,  Firpo, M.,  Minner,  L.,  Lee,  W.  H.  K.,  Kanamori,  H., ...  & Kisslinger, C. 2003. SAC2000: Signal processing and analysis tools for seismologists and  engineers. The  IASPEI  International  Handbook  of  Earthquake  and  Engineering Seismology Elsevier . Vol. 81, Hal. 1613–1620.
11 Papazachos, C., & Nolet, G. 1997. P and S deep velocity structure of the Hellenic area obtained  by  robust  nonlinear  inversion  of  travel  times. Journal  of  Geophysical Research: Solid Earth (1978–2012) , Vol. 102, No. B4, Hal. 8349–8367.
12 Kayal, J. 2008. Microearthquake seismology and seismotectonics of South Asia.
13 Supendi, P., Nugraha, A. D., & Wijaya, T.A. 2017. Relocation and focal mechanism of aftershocks Pidie Jaya earthquake (Mw6. 5) Dec 7th, 2016 using BMKG Network. Jurnal Geofisika, Vol. 15, No. 3, Hal. 17–20.
14 Kumar, R., Gupta, S. C., & Kumar, A. 2015. Determination and identification of focal mechanism solutions for Himalayan earthquakes from waveform inversion employing ISOLA software. Natural Hazards , Vol. 76, No. 2, Hal. 1163–1181.
15 Kianimehr, H., Kissling, E., Yaminifard, F., & Tatar, M. 2018. Regional minimum 1- D P-wave velocity model for a new seismicity catalogue with precise and consistent earthquake  locations  in  southern  Iran. Journal  of  seismology ,  Vol.  22,  No.  6,  Hal. 1529–1547.
16 Hileman,  J.A.  1979,  Inversion  of  phase  times  for  hypocenters  and  shallow  crustal velocities,  Mojave  Desert,  California. Bulletin  of  the  Seismological  Society  of America, Vol. 69, No. 2, Hal. 387–396.
17 Chen, H., Chiu, J. M., Pujol, J.,  Kim,  K., Chen,  K. C.,  Huang,  B. S., Yeh,  Y.  H., & Chiu,  S.C.  2006.  A  Simple  Algorithm  for  Local  Earthquake  Location  Using  3D  VP and  VS  Models:  Test  Examples  in  the  Central  United  States  and  in  Central  Eastern Taiwan. Bulletin of the Seismological Society of America . Vol. 96, No. 1,  Hal. 288– 305.