Akumulasi Regangan di Sumatera Berdasarkan Data Pengamatan GPS Tahun 2002-2008 dan Dampak Kerusakan Lingkungan Akibat Pelepasan Regangan
Riko Maiyudi 1 , Irwan Meilano 2 , Dina Sarsito 2
1 Jurusan Teknik Geodesi, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, ITENAS, Bandung 2 Jurusan Teknik Geodesi dan Geomatika, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, ITB-Bandung Email: rikomaiyudi88@gmail.com

## ABSTRAK
Pulau  Sumatera  terletak  di  antara  dua  lempeng  tektonik  yaitu  lempeng  Indo-Australia  dan  lempeng  Eurasia. Intensitas gempa bumi sangat besar di pulau ini, terutama di sepanjang daerah pesisir barat. Pada 2002-2008 periode,  banyak  gempa  bumi  besar  yang  menyebabkan  korban  jiwa  dan  kerusakan  lingkungan.  Fenomena  ini menunjukkan  bahwa  studi  tentang  pola  deformasi  pulau  Sumatera  sangat  diperlukan.  Studi  yang  diperlukan adalah  untuk  rencana  mitigasi  bencana  di  masa  depan.  Pola  deformasi  gempa  dapat  diamati  dengan  GPS pengamatan (Global Positioning System). Data yang digunakan untuk gempa Sumatera adalah GPS Sumatera Array (SuGAr). Perangkat lunak yang digunakan untuk data Array GPS Sumatera dari pulau Sumatera adalah Gamit 10.4. Dari hasil pengolahan data, dapat disimpulkan bahwa  data perpindahan koordinat stasiun  dapat digunakan  jika  data  outlier  telah  terhapus.  Dari  koordinat  perpindahan  stasiun    bisa  diperoleh  vektor perpindahan semua stasiun sebelum, selama atau setelah gempa bumi. Dari perpindahan nilai-nilai vektor, nilai regangan  yang  terjadi  di  sepanjang  pulau  Sumatera  dapat  diperkirakan.  Dari data  regangan, nilai  akumulasi regangan  2002-2008  dapat  diperoleh.  Sehingga  dapat  dianalisis  wilayah  yang  berpotensi  terjadinya  gempa selanjutnya.
Kata Kunci : Akumulasi Regangan , Deformasi, Kerusakan  Lingkungan,

## ABSTRACT
The Sumatra Island is located between two tectonic plates; the Indo-Australia Plate and the Eurasian plate. The intensity of the earthquakes is very large on the island because of this, especially along the western coastal area. On  the  2002  to  2008  period,  many  large  earthquakes  that  caused  casualties  and  damage  to  the  environment. These  phenomena  shows  that  the  studies  of  the  deformation  patterns    of  the  Sumatra  island  is  required.  The studies are required for disaster mitigation plans in the future. The deformation patterns of the earthquake can be  observed  with  GPS  (Global  Positioning  System)  observation.  The  data  that  is  being  used  for  Sumatra earthquake  is  the  Sumatran  GPS  Array.  The  software  that  is  used  for  the  Sumatran  GPS  Array  data  of  the Sumatra Island is the Gamit 10.4. From the data processing, it can be concluded that there are displacements of the nations can be used if the outlier data has been erased. From the station displacement coordinates, we can obtain  the  displacement  vector  of  all  of  the  station  before,  during  or  after  the  earthquakes.  From  the displacement vector values, the values of the strain that occurs along the Sumatra Island can be estimated. From the strain data, the accumulated value of strain from 2002 to 2008 can be obtained. Finally it can be predicted potential area for next earthquake.
Keywords: Keywords: Deformation, Environmental Damage, Accumulated Strain.

## 1. PENDAHULUAN
Lempeng Eurasia dan Indo-Australia merupakan dua lempeng yang mengapit pulau Sumatera dengan kecepatan  pergeseran  lempeng  Indo-Australia  sekitar  6  cm  per  tahun  yang  bergerak  ke  arah  utara- timur laut  [5].
Gambar 1. Peta Tektonik Aktif di Indonesia [2]
Dengan  letak  geografis  pulau  Sumatera  yang  berada  pada  pertemuan  dua  lempeng  di  atas, mengakibatkan  intensitas  gempa  sangat  besar  di  sepanjang  pulau  Sumatera  khususnya  di  sepanjang pantai  barat  pulau  Sumatera.  Hal  ini  dapat  dilihat  dari  jumlah  gempa  yang  terjadi  sepanjang  tahun 2002-2008  yang  terekam  oleh  pusat  pemantauan  gempa  dunia  di  bawah  naungan United  States Geological Survey (USGS) yang terletak di Colorado [7]. Berikut data gempa yang diperoleh dari data USGS  sepanjang  tahun  2002-2008  yang  berisi  13  gempa  besar  dengan  kekuatan  di  atas  6  Mw  pada Tabel 1  berikut ini:
Tabel 1. Daftar gempa yang terjadi  di Sumatra dari tahun 2004 – 2008 [7]
No Tanggal Waktu (UTC +7) Lokasi Koordinat Kedalaman (km) Magnitude 1 20-Feb-08 15:08:30 Simeulue 2.768°N 95.964°E 26 7.4 2 24-Feb-08 21:46:21 Kepulauan Mentawai 2.405°S 99.931°E 22 6.5 3 25-Feb-08 15:36:33 Kepulauan Mentawai 2.486°S 99.972°E 25 7.2 4 26-Feb-08 1:06:03 Kepulauan Mentawai 2.332°S 99.891°E 25 6.6 5 26-Feb-08 4:02:18 Kepulauan Mentawai 2.245°S 99.808°E 25 6.7 6 16-Apr-09 3:01:34 Kepulauan Mentawai 3.115°S 100.471°E 22 6.3 7 16-Agu-09 14:38:21 Kepulauan Mentawai 1.479°S 99.490°E 20 6.7 8 30-Sep-09 17:16:09 Padang 0.720°S 99.867°E 81 7.6 9 01-Okt-09 8:52:27 Sumatera Bagian Selatan 2.482°S 101.524°E 9 6.6
No Tanggal Waktu (UTC +7) Lokasi Koordinat Kedalaman (km) Magnitude 10 05-Mar-10 23:07:00 Kepulauan Mentawai 3.762°S 100.991°E 26 6.8 11 07-Apr-10 5:15:01 Sumatera Bagian Utara 2.383°N 97.048°E 31 7.8 12 05-Mei-10 23:29:03 Sumatera Bagian Selatan 4.054°S 101.096°E 27 6.5 13 09-Mei-10 12:59:41 Sumatera Bagian Utara 3.748°N 96.018°E 38 7.2 14 25-Okt-10 21:42:22 Kepulauan Mentawai 3.487°S 100.082°E 20.1 7.8 15 06-Sep-11 0:55:11 Sumatera Bagian Utara 2.965°N 97.893°E 91 6.7
Gempa bumi berkekuatan 9,1 Mw tanggal 26 Desember 2004 di lepas pantai barat Aceh, merupakan salah satu gempa terdahsyat dalam kurun waktu 40 tahun terakhir yang menghantam Asia. Gempa ini mengakibatkan  terjadinya  tsunami.  Berdasarkan  laporan  Satkorlak  PB  (2005),  jumlah  korban meninggal  akibat  gempa  bumi  dan  tsunami  tahun  2004  di  Provinsi  Aceh  mencapai  236.116  jiwa, Adapun Jumlah pengungsi sekitar  514.150 jiwa. tingkat kerusakan pada berbagai aspek (perumahan 34.000  unit,  pendidikan  105  unit,  kesehatan,  agama)  sebesar  $1,665  juta,  infrastruktur  (transportasi, komunikasi,  energi,  air,  sanitasi,  dan  saluran  irigasi)  $877  juta,  produktif  (pertanian,  perikanan, industri,  dan  pertambangan)  $1,182  juta,  lintas  sektoral  (lingkungan,  pemerintahan,  bank,  dan keuangan)  sebesar  $652  juta,  dan  lain  sebagainya.  Jumlah  perkiraan  kerugian  berbagai  sektor diperkirakan sebesar Rp. 43,5 trilyun atau U$$ 4,57 milyar. [5] .
Dengan  melihat  begitu  besarnya  dampak  gempa  bumi  bagi  kerusakan  lingkungan  dan  korban  jiwa yang  diakibatkannya,  maka  diperlukan  kajian  lebih  dalam  lagi  untuk  hal  mitigasi  bencana  di Indonesia.  Salah  satu  kajian  yang  diperlukan  tersebut  adalah  studi  deformasi  dan  geodinamika  dari pergerakan  lempeng  tektonik.  Dalam  pengamatan  suatu  deformasi  dilakukan  survei  deformasi  dan geodinamika. Terdapat bermacam-macam metode dalam melakukan survei deformasi, seperti metode konvensional dengan menggunakan theodolit ataupun sipat datar. Dengan kemajuan teknologi, survei deformasi dan geodinamika juga dapat dilakukan dengan metode satelit, seperti dengan menggunakan Global Positioning System (GPS) [1]. GPS geodetik dipasang pada tempat yang dianggap mengalami pergeseran.  Metode  ini  dapat  mendokumentasikan  dengan  baik  hampir  semua  tahapan  yang  terjadi dalam  suatu  siklus  gempa  bumi  berikut  besar  dan  arah  pergeseran  titik-titik  dipermukaan  bumi. Dengan demikian, deformasi yang terjadi dapat dipelajari dan dianalisis.

## 2. METODOLOGI
Penelitian  ini  secara  umum  dilakukan  melalui  beberapa  tahapan  diantaranya  :  penentuan  lokasi pengamatan, pengumpulan data, pengolahan data, penyajian data serta analisis hasil pengolahan data.

## 2.1 Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian berada di pulau Sumatera dengan sebaran data pengamatan SuGAr yang tersebar di pulau Sumatera. Berikut lokasi geografi wilayah penelitian (Gambar 2):
Gambar 2 . Peta Lokasi Geografi  Pulau Sumatera

## 2.2 Data
Data  pengamatan  yang  digunakan  dalam  penelitian    ini  adalah  data  GPS  SuGAr  (Sumatran  GPS Array)  dari  tahun  2002  sampai  2008.  Data  diperoleh  dengan  cara  mendownload  dari  website  Sopac . Data pengamatan yang berhasil di download masih dalam bentuk terkompres (zip). Sampai tahun 2008 ada  sekitar  28  stasiun  SuGAr  di  daerah  sepanjang  pantai  barat  daya  Pulau  Sumatera.  Berikut  Peta sebaran stasiun pengamatan Sumatran GPS Array pada gambar 3 berikut ini:
Gambar 3 Peta persebaran stasiun SuGAr di Indonesia [3]
Selain dari data GPS SuGAr, data lain yang dibutuhkan adalah data titik ikat atau titik referensi. Untuk melakukan  pengamatan  koordinat  suatu  titik  pengamatan  diperlukan  titik  ikat  atau  titik  acuan  yang mengikat  titik  pengamatan  sehingga  dapat  ditentukan  bahwa  titik  pengamatan  bergerak  relatif terhadap titik referensi. Data titik ikat yang digunakan dalam  penelitian ini adalah data titik ikat dari International GNSS Service (IGS) yang tersebar di sekitar titik pengamatan SuGAr. Data titik ikat IGS ini  dikembangkan  berdasarkan  ITRF  (International  Terrestrial  Reference  Frame)  2008.  Berikut  ini adalah tabel List stasiun IGS yang dipakai pada pengolahan data tahun 2002-2008 pada tabel 2 .
Tabel 2 List Stasiun IGS Pengolahan Data SuGAr [4]
ID Stasium  Lokasi Negara BAKO Cibinong Indonesia CNMR Saipan USA COCO Cocos (Keeling) Island  Australia CUSV Patumwan Thailand DARW Darwin Australia DGAV Diego Garcia Land U.K. Territory GUAM Dededo Guam HYDE Hyderabad India IISC Bangalore India KIT3 Kitab Uzbekistan KOUC Koumac New Caledonia KUNM Kunming China LAE1 Lae Papua New Guinea SEY1 La Misere Seychelles TNML Hsinchu China XMIS Christmas Island Australia YAR2 Dongara Australia

## 2.3 Metodologi  Penelitian
Untuk mengestimasi besarnya kecepatan vektor pergeseran masing-masing titik adalah dengan metode linier  fit ,  yaitu  memanfaatkan  pendekatan  fungsi  linier.  Sistem  koordinat  toposentrik  lokal  dipilih sebagai  format  data  yang  dipakai  dalam  proses  hitungan  linier  fit  untuk  menghitung  pola  dan kecepatan  pergeseran.  Titik  acuannya  adalah  sesi  pertama  pengamatan  masing-masing  stasiun, sehingga pergeseran titik yang sama pada sesi selanjutnya mengacu kepada pengamatan sesi pertama. Adapun fungsi liniernya dirumuskan sebagai berikut [6]:
y  = ax + b
(1)
di  mana  x  adalah  waktu  pengamatan  (tahun  DOY  /  365),  y  adalah  data  pada  saat  pengamatan sementara a dan b nilai-nilai yang ditentukan berdasarkan set data pengamatan. Dengan menggunakan metode  persamaan  kuadrat  terkecil  diperoleh  nilai  a  dan  b  dimana  a  adalah  vektor  kecepatan pergeserannya sedangkan b merupakan konstantanya.
Strain  adalah  analisis  yang  menunjukkan  perubahan  posisi,  bentuk  dan  ukuran  suatu  objek  dengan menggunakan  data  pengamatan  langsung  Geodetik  yang  diperoleh  dari  pengamatan  langsung lapangan.  Hubungan  fungsional  antara  pergeseran  dan  parameter  deformasi  dalam  Strain  adalah sebagai berikut [6]:
ε 1 = ε ee cos 2 θ + 2 ε ne sin θ cos θ + ε nn sin 2 θ (2)
ε 2 = ε ee cos 2 (θ + 90 o ) + 2 ε ne sin (θ + 90 o ) cos(θ   +90 o ) + ε nn sin 2 (θ + 90 o ) (3)
tan 2θ = (2 ε ne ) / (ε ee – ε nn ) (4)
di mana ε1 adalah kuantitas yang menunjukkan nilai perpanjangan dan ε2 adalah kuantitas yang menunjukkan nilai kompresi.
Secara skematis metodologi penelitian ini dapat dilihat pada digram alir di bawah ini:

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data GPS kontinuous SuGAr di download dari website Sopac, yang datanya dimulai dari hari ke 217 day  tahun  2002,  2003,  2004,  2005,  2006,  2007  and  2008.  International  GNSS  Service  (IGS) menyediakan  informasi  navigasi  (Broadcast  Ephemeris  data)  dan  informasi  Orbit  (Orbit  files  with SP3) yang di download dari website Sopac dan Cddis Nasa. Setelah melakukan konfigurasi untuk file control di Gamit 10.4, maka dilakukan pengolahan yang hasilnya adalah titik titik koordinat dan time series. Gambar 4. menunjukkan time series stasiun JMBI and NTUS,. Dari time series ini dapat dilihat
terjadinya  perubahan  posisi    dalam  sumbu  x,  y  dan  z  saat  terjadi  gempa    tahun  2004,  2005  dan 2007.Hal  ini  disebabkan  oleh  gempa  yang  terjadi  tahun  2004  (Aceh),  2005  (Nias)  and  2007 (Bengkulu).
Coseismik Coseismik (a) (b)
Gambar 4. (a) Time series stasiun JMBI (2006 – 2008); (b) Time series stasiun NTUS (2002-2008)
Gambar  4.  (a)  menunjukkan  koseismik  berlangsung  pada  bulan  September  2007  di  stasiun pengamatan JMBI terletak di Jambi. Stasiun ini dekat dari sumber Mentawai gempa di Bengkulu pada 12 September 2007. Terlihat ada pengaruh gempa pada time series stasiun  JMBI yang menunjukkan perubahan dari posisi sebelumnya. Sementara Gambar 4. (b) menunjukkan co-seismic pada time series stasiun NTUS yang dipengaruhi gempa Aceh, Nias dan Bengkulu.
Nilai Perpindahan dari stasiun dapat digunakan jika data yang mengandung outlier telah terhapus. Dari koordinat  perpindahan  stasiun,  dapat  diperoleh  vektor  kecepatan  semua  stasiun.  Berikut  Ini  adalah vektor  kecepatan  perpindahan  posisi  semua  stasiun  di  2  periode  yaitu    September  2002  -  Desember 2004, dan  Maret 2005 - September 2007.
Gambar  5    menunjukkan  kecepatan  vektor  kecepatan  periode  2002-2004  berkisar  dari  30  sampai  60 mm  /  tahun  dengan  pergeseran  arah  menuju  Timur  Laut  .  Ini  menunjukkan  adanya  akumulasi regangan / pengumpulan energy di sepanjang pulau Sumatera.
Gambar    6  di  bawah  ini  menunjukkan  bahwa  ada  beberapa    stasiun  pengamatan  SuGAr  yang  arah pergeserannya berlawanan dengan arah pergerakan lempeng. Hal ini terjadi pada stasiun pengamatan terletak di bagian utara pulau Sumatera. Perubahan arah perpindahan dari stasiun pengamatan terletak di  bagian  utara  pulau  Sumatera,  yang  disebabkan  oleh  gempa  bumi  Aceh  yang  terjadi  pada  bulan Desember  2004  dan  gempa  bumi  di  Nias  pada  bulan  Maret  2005.  Hal  ini  menunjukkan  terjadinya pelepasan  energi  yang  disebabkan  oleh  gempa  bumi.  Untuk  stasiun  pengamatan  di  bagian  Sumatera bagian  tengah  dan  selatan,  pergeseran  arah  vektor  sesuai  dengan  arah  gerakan  lempeng.  Hal  ini menunjukkan proses kompresi atau terjadi proses pegumpulan energi.
Gambar 6.  Vektor Kecepatan 2005 – 2007
.Nilai  regangan yang terjadi di sepanjang pulau Sumatera dapat diperkirakan dari vektor kecepatan dari 4 periode sebelumnya yaitu September 2002 - Desember 2004, Maret 2005 - September 2007, Oktober 2007 - Februari 2008, Maret 2008 sampai Desember 2008). Gambar 7 menunjukkan regangan di 4 periodeRegangan Periode 2002-2004, 2005-2007, 2007-2008, dan Maret 2008 sampai Desember 2008.
(a) (b)

## (c)                                                                       (d)
Gambar 7. (a) Regangan periode 2002-2004; (b) periode Regangan 2005-2007; (c) periode Regangan 2007- 2008; (d) Regangan periode 2008 sampai akhir tahun 2008
Dalam penelitian ini, untuk memperkirakan akumulasi regangan, pulau Sumatera dibagi menjadi tiga segmen.  Aceh  dan  Nias  segmen,  segmen  Mentawai  dan  segmen  Mentawai  selatan.  Gambar  8. Menunjukkan akumulasi regangan  periode 2002-2004.
Gambar 8. (a) Akumulasi Regangan di segmen Aceh dan Nias periode 2002-2004; (b) Akumulasi Regangan di segmen Mentawai periode 2002-2004; (c) Akumulasi Regangan di Segmen Selatan (Segmen Mentawai) periode 2002-2004
Dampak  yang  ditimbulkan  dari  pelepasan  regangan  yang  terjadi  di  Aceh  2004  dan  Bengkulu  2007 mengakibatkan terjadinya gempa besar. Bahaya kerusakan lingkungan yang  ditimbulkan oleh gempa lebih  dahsyat  dibandingkan  dengan  bencana  alam  lainnya.  Pada  saat  gempa  berlangsung  terjadi beberapa  peristiwa  sebagai  akibat  langsung  maupun  tidak  langsung,  diantaranya:berbagai  bangunan roboh,  jalan  menjadi  putus,  tanah  longsor  akibat  guncangan,  gempa  yang  terjadi  di  dasar  laut  dapat menyebabkan tsunami (gelombang pasang).
Berikut citra sebelum dan setelah gempa Aceh 2004 yang mengakibatkan gelombang Tsunami:
Gambar 9 . Citra Nasa di Wilayah Loknga (a) Sebelum Tsunami Aceh (b) Setelah Tsunami Aceh
a b c (a) (b) (c)

## Akumulasi Strain di Sumatera Berdasarkan Data Pengamatan GPS Tahun 2002-2008
Dari  gambar 9 hasil  Citra  Nasa  secara  visual  dapat  dilihat  terjadinya  kerusakan  lingkungan    akibat gempa  yang  menimbulkan  tsunami  di  wilayah  Loknga,  Aceh.  Adapun  kerusakan  lingkungan  yang terjadi  baik  ekosistem  alam  maupun  ekosistem  buatan  manusia  seperti  terkikisnya  pantai,  kerusakan pohon,  hancurnya  gedung,  perumahan,  jembatan,  jalan,  sarana  prasarana  pemerintahan  dan  lainnya. Oleh  karena  itu,  dengan  mempelajari  trend  akumulasi  strain,  dapat  dilihat  wilayahyang    berpotensi gempa  baik  yang  menimbulkan  tsunami  ataupun  tidak,  sehingga  dapat  dilakukan  mitigasi    agar dampak yang diakibatkan setelah terjadinya gempa maupun tsunami dapat di minimalisir.

## 4. SIMPULAN
Vektor perpindahan dari 6 stasiun  pengamatan SuGAr sebelum terjadinya gempa mengarah ke timur laut  dengan  kecepatan  3-5  cm  /  tahun.  Hal  ini  menunjukkan  terjadinya  proses  interseismik  sebelum gempa Aceh, Desember 2004. Setelah terjadi gempa Aceh Desember 2004, ada perbedaan arah vector perpindahan pada periode tahun 2005-2007 dengan arah berlawanan dengan arah pergerakan lempeng tektonik  di  stasiun  yang  terletak  di  bagian  utara  pulau  Sumatera.  Sementara  di  stasiun  pengamatan, terletak  di  Selatan  Sumatera  perpindahan  arah  vektor  sesuai  dengan  pergerakan  lempeng.  Dan  untuk periode  2007-2008  dan  2008  sampai  akhir  tahun  2008,  vektor  perpindahan  stasiun  yang  terletak  di bagian  selatan  pulau  Sumatera  berlawanan  dengan  arah  pergerakan  lempeng  tektonik.  Hal  ini disebabkan  oleh  gempa  bumi  September  2007.  Sedangkan  bagian  tengah  Sumatera  memiliki  potensi untuk terjadinya gempa bumi berikutnya. Hal ini dapat dilihat dari akumulasi regangan dengan vektor kecepatan  gerakan  arah  yang  sama  dari  Indo-Australia.  Hasil  pengolahan  data  didapat  Kecepatan akumulasi  regangan  di  sekitar  Sumatera  adalah  sekitar  0,1  regangan  mikro  per  tahun.  Selain  itu, dampak  kerusakan  lingkungan  akibat  gempa  Aceh  dan  Bengkulu  menyebabkan  berbagai  bangunan runtuh, jalan menjadi putus, dan timbulnya tsunami pada gempa Aceh 2004.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Abidin, Hasanuddin.Z. 2007. Penentuan Posisi dengan GPS dan Aplikasinya . PT Pradnya Paramita, Jakarta.
[2] Bock, Y., L.Prawirodirdjo, J. F. Genrich, C. W. Stevens, R. McCaffrey, C. Subarya, S. S. O. Puntodewo,  and  E.  Calais,  (2003). Crustral  motion  in  Indonesia  from  Global  Positioning System Measurements ,  Journal of Geophysical Research-Solid Earth. 108..
[3] Data  SuGAr  .  2002  -  2008.  http://sopac.ucsd.edu/dataBrowser.shtml,    diakses  tanggal  8 Januari  2017.
[4] IGS  Network.2010.  Adress  :  http://igs.cb.jpl.nasa.gov/network.refframe.html  diakses  tanggal 9 Januari 2017
[5] Rino,  2010. Regangan  Tektonik  Berdasarkan  Pengamatan  Kontinu  Sumatran  GPS  Array (SuGAr)  Tahun  2007-2008 .  Tugas  Akhir  Program  Studi  Teknik  Geodesi  dan  Geomatika Institut Teknologi Bandung (ITB), Bandung.
[6] Scholz,  C.H.  (2002) The  Mechanics  of  Earthquakes  and  Faulting .  Cambridge  University, Cambridge.
[7] United States Geological Survey. 2002-2008. https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/, diakses tanggal 3 Januari : 2017.