## ESTIMASI KARAKTERISTIK DURASI RUPTURE PADA GEMPA PEMBANGKIT TSUNAMI
STUDI KASUS: GEMPA BUMI NIAS, 28 MARET 2005
Sayyidatul Khoiridah, Widya Utama Jurusan Teknik Geomatika, FTSP Institut Teknologi Sepuluh Nopember e-mail :  sayyidatulkhoiridah@gmail.com
Abstrak. Telah  dilakukan  penelitian  tentang  estimasi  durasi rupture pada gempa  bumi  Nias,  28  Maret 2005 dengan tujuan untuk mengetahui karakteristik dari gempa bumi pembangkit tsunami. Lokasi Nias dipilih  pada  penelitian  ini  karena  dampak  yang  diakibatkan  oleh  gempa  bumi  Nias  sangat  dan  dapat berpotensi  terjadi  tsunami.  Data  yang  digunakan  adalah wave  form dengan  komponen  vertikal  yang memiliki coverage yang  baik  dan noise -nya kecil. Hasil  dari estimasi  durasi rupture pada gempa  Nias  di masing-masing stasiun yaitu FURI 129,28 detik, KMI 51,93 detik, WRAB 90,25 detik, DGAR 151,15 detik, dan  GUMO  105,30  detik.  Hasil  estimasi  durasi rupture tersebut  berpotensi kuat  terjadi tsunami karena lebih dari 50 detik.
Kata Kunci: durasi rupture ; Nias; tsunami
Abstract . Has  done  research on the  estimated  rupture  duration of  the earth  quake  in  Nias,  March  28, 2005 with the purpose to determine the characteristics of the tsunamigenic earth quake. Nias area chosen in this study because of the impact caused by the earth quake Nias greatly and can potentially tsunami. The data used is a wave form with a vertical component that has good coverage and small noise. Results of the estimated rupture duration in the Nias earth quake a teach station that is FURI 129,28 seconds, KMI 51,93  seconds,  WRAB  90,25  seconds,  DGAR  151,15  seconds,  and  Gumo105,30  seconds.  The  rupture duration estimation results potentially powerful tsunamis because more than 50 seconds.
Keywords: rupture duration; Nias; tsunami

## PENDAHULUAN
Indonesia  berada  pada  pertemuan  antara  tiga lempeng  besar  yaitu  India-Australia,  Pasifik,  dan Eurasia.  Lempeng  Eurasia  relatif  diam,  sementara lempeng  Pasifik  bergerak  ke  arah  Timur  menekan lempeng  Eurasia  dan  lempeng  Indo-Australia bergerak  ke  arah  Utara  menekan  lempeng Eurasia. Kejadian gempa bumi besar dan merusak umumnya terjadi  di  sepanjang  pertemuan  ketiga  lempeng besar tersebut dan juga pada jalur patahan-patahan aktif  yang  terbentuk  di  bagian  interior  lempeng kepulauan  Indonesia.    Sebagian  sumber  gempa bumi  tesebut  berada  di  bawah  laut  sehingga berpotensi tsunami (Natawidjaya, 2007).
Tsunami  dapat  dibangkitkan  oleh  gempa  bumi yang  terjadi  di  dasar  laut.  Tsunami  jenis  ini  sering terjadi.  Tsunami  juga  bisa  disebabkan  oleh  letusan gunung  api  di  bawah  laut  (tidak  sering  terjadi), tanah  longsor  di  dasar  laut  (jarang  terjadi),  dan
jatuhnya  komet/meteorit  besar  di  laut  (belum pernah terjadi) (Rais, 2006).
Tsunami  dapat  dihasilkan  ketika  tiba-tiba terjadi  deformasi  di  dasar  laut  dan  pergeseran vertikal dari air yang berada di atasnya (Gambar 1). Seluruh  kolom  air  terganggu  oleh  pengangkatan atau  penurunan  dasar  laut.  Gelombang  air terbentuk  sebagai  upaya massa air yang dipindahkan  kembali  ke  posisi  keseimbangannya. Gelombang  ini  mempengaruhi seluruh  kolom  air  di antara  permukaan  dan  dasar  laut  ketika  bergerak dari  daerah  asal  di  tengah  laut  menuju  pantai (Meijde, 2005).
Energi  elastik  yang  tersimpan  di  dalam  bumi dilepaskan  ketika  terjadi  gempa  bumi  dan selanjutnya energi ini ditransfer menjadi gelombang  tsunami.  Gelombang  tsunami  yang dipicu oleh gempa bumi merupakan bahaya ikutan yang  dapat  meghancurkan  dan  menghanyutkan bangunan-bangunan  di  tepi  pantai.  Dengan
demikian,  setelah  terjadi  gempa  bumi  kemudian apakah  gempa  bumi  tersebut  dapat  memicu
terjadinya  tsunami  atau  tidak  sangat  bergantung pada  besar  energi. Rupture gempa  bumi dipengaruhi  oleh  energi  yang  dilepaskan  oleh sumber  gempa  bumi  tersebut.  Dalam  teori seismologi,  energi  yang  dilepaskan  oleh  sumber gempa bumi diilustrasikan  sebagai momen  seismik ( M 0 )  yang  mengakibatkan  terbentuknya  luas  dan slip dari rupture sebagaimana  dinyatakan  pada persamaan 2.28 (Madlazim, 2011).
Telah  ditemukan  oleh  Lomax  dan  Michelini (2009; 2011) bahwa parameter panjang rupture ( L ) merupakan  parameter  yang  paling  dominan pengaruhnya  terhadap  terjadinya  tsunami.  Lomax
dan  Michelini  (2009;  2011)  juga  menemukan hubungan  antara L dan  durasi rupture sebanding dengan  panjang rupture. Untuk  mengukur panjang rupture diperlukan  metode  yang  komplek  dan membutuhkan  waktu  komputasi  yang  lebih  lama, sehingga  tidak  layak  digunakan  untuk  peringatan dini  tsunami.  Sedangkan  untuk  mengestimasi durasi rupture bisa  dilakukan  dengan  cara menganalisis seismogram-seismogram grup gelombang  P  yang  dominan  dari  seismogram frekuensi    tinggi  dari  gempa  bumi  (Madlazim, 2011).
Gelombang  seismik  P  adalah  sinyal  pertama dari  suatu  gempa  bumi  yang diterima  oleh  stasiun perekam.  Pengalaman  telah  menunjukkan  bahwa seismogram  frekuensi  tinggi  (periode  <  1  s) mengandung  sinyal-sinyal utama dari gelombang  P yang  dipancarkan  secara  langsung  dari rupture dengan  sedikit  interferensi  dari  gelombang  yang terpantul pada permukaan  bumi yang disebut  fase sP. Dengan demikian, dalam rekaman gelombang P frekuensi  tinggi  terdapat  sekitar  setelah  20  menit setelah  even  yang  memberikan  informasi  tentang awal  sampai  akhir  dari  proses rupture (Lomax  and Michelini, 2005).  Dengan  asumsi bahwa kecepatan rupture suatu  gempa  bumi  besar  adalah  konstan sepanjang  permukaan  sesar.  Asumsi  ini  memberi konsekuensi  untuk  gempa  bumi  besar  kecepatan, rata-rata slip, dan lebar rupture sama untuk semua
even  sehingga  hanya  panjang rupture saja  yang memberi  pengaruh  yang  paling  dominan  terhadap proses rupture. Panjang rupture ini  berhubungan secara  langsung  dengan  parameter  durasi rupture dari gelombang P utama (T dur ). Hubungan ini dapat dinyatakan  sebagai  sebagaimana  pada  persamaan (1).
dur r L T v  (1)
dengan r v adalah  kecepatan rupture yang sebanding dengan kecepatan gelombang S.
Sedangkan  dalam  seismologi,  telah  diketahui bahwa r v sebanding  dengan z q ( z :  kedalaman  dan q :  koefisien  yang  bernilai  positif),  sehingga hubungan L dan z bisa dinyatakan sebagai berikut:
dur q L T z  (2)
Gambar 1. Mekanisme Tsunami yang Dipicu oleh Gempa Bumi (Rais).
Persamaan  ini  memberi  ilustrasi  bahwa  semakin besar T dur , maka semakin besar L dan semakin kecil z. Dua  kondisi  ini  merupakan  karakteristik  dari keriteria  untuk  terjadinya  potensi  tsunami  (Lomax and Michelini, 2011).
Untuk  menghitung  T dur dapat  ditentukan  dari waktu delay setelah  kedatangan  gelombang  P untuk  90%  (T 0,9 ),  80%  (T 0,8 ),  50%  (T 0,5 ),  dan  20% (T 0,2 )  dari  nilai  puncaknya.  Adapun  persamaan matematis  untuk  menghitung  T dur dapat  ditentukan sebagai berikut:
0,9 0,2 (1 ) dur T w T wT    (3)
0,2 0,5 [( ) / 2 20] / 40 w T T s    (4)
dengan  batasan  T0,9  <  T dur <  T0,2.  Dimana  untuk gempa  lokal  menggunakan  HF filtered  bandpas antara  1  –  5  Hz.  Sedangkan  untuk  gempa teleseismik  menggunakan  HF filtered 5  –  20  Hz (Madlazim, 2011).
Zona subduksi Sumatra merupakan jalur gempa bumi  di  Indonesia  yang  paling  banyak  menyerap dan  mengeluarkan  energi  gempa  bumi  dengan magnitudo  relatif  besar  (Mw  ≥  8)  sehingga  dapat berpotensi  terjadi  tsunami  (Natawidjaja,  2002; Newcomb  and  McCann,  1987).  Salah  satu  segmen yang berada persis di atas zona megathrust (sumber gempa  zona  subduksi)  dan  pernah  terjadi  gempa bumi  sampai  membangkitkan  tsunami  adalah  Nias (Natawidjaja, 2007). Lihat Gambar 2.
Gempa  bumi  Nias  yang  sampai  mengakibatkan tsunami terjadi pada tanggal 28 Maret 2005 dengan magnitudo  M W 8,7.  Gempa  tersebut  merupakan gempa  bumi  terbesar  kedua  setelah  gempa  bumi Aceh-Andaman  yang  terjadi  pada  tanggal  26 Desember  2004  dengan  magnitudo  Mw  9,0  (Briggs et al., 2006; Rooke, 2008).

## Gambar 2. Tektonik Aktif Pulau Sumatra yang
Mempengaruhi Gempa Bumi Nias (Natawidjaja, 2007).
Gempa  Nias  2005  telah  memakan  korban  jiwa hampir dua ribu orang dan menghancurkan banyak bangunan  di  sekitar  kota  Gunung  Sitoli  dan Sinabang,  daerah  dengan  populasi  terpadat.  Selain itu,  gempa  Nias  juga  mengakibatkan  terjadinya proses  pengangkatan  dan  penurunan  muka  bumi antara  1  –  3  meter  yang  memberikan  dampak kerusakan  pada  lingkungan.  Pengangkatan  muka bumi  terjadi  di  sepanjang  tepian  pantai  Barat  Nias dan  di  bagian  Selatan  Simelue.  Sedangkan penurunan  terjadi  di  bagian  Barat,  wilayah  Timur Simelue, Banyak dan Nias (Natawidjaja, 2007).
Studi  kasus  yang  dipilih  pada  penelitian  ini adalah  gempa  bumi  Nias  yang  terjadi  pada  tanggal 28 Maret 2005. Hal itu dikarenakan melihat dampak yang  diakibatkan  oleh  gempa  Nias  sangat  besar. Selain  itu,  gempa  Nias  2005  berada  di  wilayah lautan  dan  di  zona  subduksi  sehingga  dapat mengakibatkan terjadinya tsunami, terlebih di zona- zona  subduksi  Sumatera  telah  terjadi  ratusan gempa  bumi  dan  tentu  saja  akan  tetap  terjadi gempa  bumi  dengan  kekuatan  besar  maupun  kecil di  masa-masa  mendatang.  Di  segmen  Nias  dalam kurun 200 tahun terakhir ini sudah mengalami 4 kali
Mulai
Seisgram broad-band komponen vertikal dari kecepatan gerakan
tanah ( raw data )
Filter band-pass Butterworth 5 – 20 Hz dan menerapkan 4-pole
Konversi ke velocity-squared envelopes untuk mendapatkan rms
Picking atas arrival time dari gelombang P secara otomatis
Ukur waktu tunda setelah kedatangan gelombang P 90% (T 0,9 ), 80% (T 0,8 ), 50% (T 0,5 ), dan 20% (T 0,2 ) Hitung T dur T 0,2 > T dur >T 0,9 Plot T 0,9 , T 0,8 , T 0,5 , dan T 0,2
Selesai
bencana  gempa  bumi  dan  tsunami,  yaitu  tahun 1861  (M~8,5),  1907  (M~7,4),  2004  (M~9,2),  dan 2005  (M~8,7).  Gempa  bumi  terakhir  yang memecahkan segmen (sumber gempa) yang sama dengan  gempa  2005  adalah  gempa  bumi  tahun 1861.  Dengan  kata  lain,  segmen  Nias  terakhir melepaskan  simpanan  energinya  sekitar  145  tahun yang lalu (Natawijaya, 2007).
Dinamika tektonik sebagai kejadian  alam  tidak dapat  dicegah,  namun  pemahaman  gejala  sangat diperlukan  untuk  mengurangi  korban  bencana gempa bumi dan tsunami tersebut. Salah satu upaya yang  dapat  dilakukan  adalah  perencanaan  dan pemanfaatan  sistem  mitigasi  bencana  gempa  bumi dan tsunami yang memiliki kinerja yang baik. Dalam upaya  tersebut,  pemahaman  mekanisme  sumber gempa  dan  tsunami  memerlukan  data  durasi rupture yang  akurat  (Lomax  and  Michelini,  2009; 2011).  Oleh  karena  itu,  pada  penelitian  ini  akan dilakukan estimasi durasi rupture pada gempa bumi pembangkit  tsunami  ( tsunamigenic  earthquake ) yang  terjadi  di  segmen  Nias  pada  28  Maret  2005 untuk  mengetahui  karakteristik  dari  gempa tersebut.

## METODOLOGI
Penelitian  ini  menggunakan  data  gempa  bumi Nias 28 Maret 2005 yang diambil dari instansi  IRIS ( Incorporated Reasearch Institutions for Seismology ). Koordinat gempa berada pada  2,0964 o LU dan 97,1131 o BT dengan waktu kedatangannya yaitu  16:09:35  UTC.  Gempa  berada  pada kedalaman  30  km  dan  magnitudonya  Mw8,1  SR. Gempa yang digunakan termasuk gempa
teleseismik  dengan  stasiun  yang  digunakan  dapat dilihat pada Tabel 2.
Algoritma yang digunakan untuk mengestimasi durasi rupture adalah:
(1) menyediakan  seismogram  komponen  vertikal dalam  format  SAC  sebagai raw  data (Goldstein and Snoke, 2005);
Gambar 3. Diagram Alir Estimasi Durasi Rupture.

## Tabel 2. Stasiun Gempa Bumi Nias, 28 Maret 2005.
Nama Stasiun Latitude ( deg) Longitude ( deg ) Distance ( deg ) Elevasi (m) FURI 8,90 38,68 58,50 2570 KMI 25,12 102,74 23,66 1975 WRAB -19,93 134,36 42,66 366 DGAR -7,41 72,45 26,38 1 GUMO 13,59 144,87 48,58 170 Tabel 1. Data Gempa Bumi Nias 28 Maret 2005 dan Mentawai 25 Oktober 2010 (Sumber IRIS). Event Latitude Longitude Origine Time Kedalaman Magnitude Nias 2,0964 o 97,1131 o 16:09:35 UTC 30 Km 8,1 SR
(2)  menerapkan  4-pole  dan  filter band-pass Butterworth  5  –  20  Hz  untuk  mendapatkan seismogram  rekaman  kecepatan  pada high frequency (HF) untuk masing-masing stasiun;
(3)   mengkonversi seismogram HF tersebut menjadi velocity-squared  envelopes untuk mendapatkan rms amplitudo;
(4)  melakukan picking atas arrival  time dari
gelombang P secara otomatis pada seismogram HF tersebut;
(5)  mengukur delay waktu  setelah  kedatangan gelombang  P  untuk  90%  (T 0,9 ),  80%  (T 0,8 ),  50% (T 0,5 ), dan 20% (T 0,2 ) dari nilai puncaknya;
(6)  menghitung  durasi rupture untuk  masing- masing  stasiun  yang  digunakan  dengan menggunakan  persamaan  (3)  dan (4)  dan  nilai w dibatasi  0  ≤ w ≤  1  (Lomax  and  Michelini, 2009);
(7)   Plot T 0,2 , T 0,5 ,T 0,8 ,T 0,9 , dan T dur pada seismogram. Algoritma  tersebut  diimplementasikan  ke dalam software SeisGram2k untuk menghitung T dur . .  Adapun  diagram  alir  metode  estimasi durasi rupture dapat dilihat pada Gambar 3.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel  3  merupakan  hasil  estimasi  durasi rupture pada gempa bumi Nias 28 Maret 2005 yang menunjukkan  bahwa  potensi  tsunami  tidak  hanya bergantung  pada  besar  magnitude  dan  kedalaman dari  sumber  gempa.  Durasi rupture memiliki pengaruh  besar  untuk  memicu  terjadinya  tsunami. Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  dilakukan  oleh Okal  (1988),  Geist  and  Yoshika  (1996),  dan  Lomax and  Michelini  (2011)  menjelaskan  bahwa  gempa bumi yang memiliki durasi rupture lebih dari 50
detik  dapat  memicu  terjadinya  tsunami.  Hal tersebut  memiliki  kesesuaian  dengan  hasil  estimasi pada  penelitian  ini,  dimana  estimasi  durasi rupture gempa bumi Nias 2005 yang terekam pada masing- masing  stasiun  gempa  memiliki  nilai  lebih  dari  50 sekon dan dalam kenyataannya telah menimbulkan terjadinya tsunami.
Durai rupture sebanding  dengan  panjang rupture, sehingga  semakin  lama  durasi rupture suatu  gempa,  maka  semakin  besar  pula  panjang rupture nya  (Lomax  dan  Michelini  (2005).  Semakin
Tabel 3. Hasil Estimasi Durasi Rupture pada Gempa Bumi Nias, 28 Maret 2005. Nama Stasiun T0,9 (s) T0,8 (s) T0,5 (s) T0,2 (s) T dur (s) FURI 62,30 63,10 65,35 135,85 129,28 KMI 35,15 36,00 46,65 88,80 51,93 WRAB 64,90 66,25 85,15 95,30 90,25 DGAR 72,85 73,55 113,95 156,20 151,15 GUMO 61,25 62,15 70,25 110,35 105,30
Gambar 4.Hasil Estimasi Durasi Rupture Gempa Nias 2005 pada Stasiun FURI (T dur = 129,28 s).
panjang rupture suatu  gempa bumi, semakin  besar peluang gempa bumi tersebut memicu tsunami, bila gempa tersebut terjadi di laut. Hal ini berarti bahwa parameter  sumber  gempa  bumi  yang  dapat digunakan  sebagai  peringatan  dini  tsunami  secara
cepat dan lebih akurat adalah durasi rupture gempa bumi.  Gempa  bumi  yang  memiliki  tipe  sesar strike slip pun  bisa  menimbulkan  tsunami,  bila  rata-rata nilai  durasi rupture gempa  bumi  lebih  dari  ambang batas (50 detik).
Gambar 6.Hasil Estimasi Durasi Rupture Gempa Nias 2005 pada Stasiun WRAB (T dur = 90,25 s)
Gambar 7.Hasil Estimasi Durasi Rupture Gempa Nias 2005 pada Stasiun DGAR (T dur = 151,15 s)
Gambar 8.Hasil estimasi durasi rupture gempa Nias 2005 pada stasiun GUMO (T dur = 105,30 s)

## KESIMPULAN
Hasil  estimasi  durasi rupture pada  gempa Nias  di  masing-masing  stasiun  yaitu  FURI  129,28 detik, KMI  51,93 detik, WRAB  90,25 detik, DGAR 151,15  detik,  dan  GUMO  105,30  detik.  Hasil estimasi  durasi rupture tersebut  berpotensi  kuat terjadi  tsunami  karena  lebih  dari  50  detik. Penerapan  durasi rupture sebagai  indikator potensi  tsunami  lebih  akurat  dibandingkan dengan magnitudo, kedalaman, dan tipe sesar.

## DAFTAR PUSTAKA
Briggs,  R.W.,  K.  Sieh,  A.J.  Meltzner,  D.H.  Natawidjaja, dkk., 2006. Deformation and Slip Along The Sunda Megathrust  in  The  Great  2005  Nias-Simeulue Earthquake . Science , 311 (5769), 1897-1901.
Geist,  E.  and  Yoshioka,  S.,  1996.  Source  Parameters Controlling  the  Generation  and  Propagation  of Potential Local Tsunami, Natural Hazards 13: 151- 177.
Lomax,  A.,  and  Michelini  A., 2005. Rapid
Determination  of  Earthquake  Size  for  Hazard Warning, EOS,  Trans.  Am.  Geophys.  Un., 86  (21):
202.
Lomax, A. and Michelini A., 2009. Mwpd: A Duration- Amplitude  Procedure  for  Rapid  Determination  of Earthquake Magnitude and Tsunamigenic Potential from  P  Waveform. Geophysics.J.Int .,176:200-
214,doi:10.1111/j. 1365-246X.2008.
Lomax,  A.  and  Michelini,  A.,  2011.  Tsunami  Early Warning using Earthquake Rupture Duration and P- Wave Dominant Period: The Importance of Length and  Depth  of  Faulting. Geophys.  J.  Int., 185:  283-
291. Doi: 10.1111/j.136 246X.2010.
Madlazim.,  2011. Estimasi  CMT,  Bidang  Sesar  dan Durasi  Rupture  Gempa  Bumi  Di  Sumatera  Serta
Kemungkinan Penerapannya Untuk Sistem
Peringatan  Dini  Tsunami. Institute  Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya (disertasi).
Meijde,  M.  V.  D.,  2005.  Earthquake  as  Driving
Mechanism Behind Tsunamis, International Institute  for  Geo  Information  Science  and  Earth Observation, (www.itc.nl/library/Paper_ 2005/tsunami/Earthquake.pdf).
Natawidjaya,  D.H.,  2002.  Neotectonics  of  the Sumatera Fault and Paleogeodesy of the Sumatera Sudbuction Zone. California Institute of Technology Pasadena. California (Thesis).
Natawidjaya, D.H., 2007. Gempa Bumi dan Tsunami di Sumatera  dan  Upaya  untuk  Mengembangkan Lingkungan Hidup  yang Aman dari Bencana Alam. Vol. 136.
Newcomb,  K.R.,  and  W.  R.  McCann.,  1987.  Seismic History  and  Seismotectonics  of  the  Sunda  Arc. Journal of Geophysical Research, 92: 421-439.
Okal,  E.  A.,  1988.  Seismic  Paramters  Controlling  Far- field  Tsunami  Amplitudes:  a  Review, Nat.  Hazard, 1: 67-96.
Rais, J., 2006. Indonesia di Antara Dua Samudera, Dua Benua,  dan  Tiga  Lempeng  Tektonik  Mega ,  ITB, Bandung.
Rooke,  N.  Chamot.,  2008. Stress  Chage  and  Effective Friction  Coefficient  along  the  Sumatera-Andaman- Sagaing  fault  system  after  the  26  December  2004 (Mw  =  9,2)  and  the28  March  2005  (Mw  =  8.7) Eartquakes. Paris : AGU and Geochemical Society .
-------------------