ANALISIS PARAMETER SUMBER SPEKTRAL GEMPABUMI VTA (VULKANO TEKTONIK-A) TERHADAP AKTIVITAS VULKANIK GUNUNG SINABUNG
Tri Kusmita 1* , Kirbani Brotopuspito 2 , Hetty Triastuty 3
1 Jurusan Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Bangka Belitung, Kampus Terpadu Balunijuk, Bangka, Kepulauan Bangka Belitung, Indonesia
2 Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Sekip Utara, Bulaksumur, Yogyakarta, Indonesia
3 Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi Jl. Diponegoro No.57, Bandung, Indonesia
* e-mail : trikusmita@gmail.com

## ABSTRAK
Parameter sumber mendeskripsikan perbedaan physical properties volume seismik di bawah gunungapi. Parameter sumber dapat digunakan untuk  membedakan  kejadian  seismik  yang  dibangkitkan  oleh  tipe  aktivitas  yang  berbeda  pada  gunungapi.  Perubahan  sementara  dari parameter sumber  spektral  dapat memberikan  deskripsi  tentang  kejadian-kejadian  utama selama  proses  erupsi terjadi.  Parameter sumber dihitung dengan mengkorelasikan hubungan antara frekuensi sumber pada spektral pergeseran (frekuensi corner) dengan parameter sumber berdasarkan  spektral  sumber  model  Brune  (1970).  Frekuensi  corner  diperoleh  dengan  mengaplikasikan  algoritma  FFT  pada  spektral displacement VTA. Parameter sumber yang dianalisis dari gempabumi VTA ini diantaranya slop spektral, momen seismik, penurunan stress, panjang ruptur, momen magnitude dan energi radiasi. Berdasarkan nilai frekuensi corner yang diperoleh (12 Hz-13 Hz) diperoleh nilai momen seismik, momen magnitudo dan  energi yang diradiasikan berturut-turut  0.2-1.9 x 10 12 Nm, 07-2 Mw,  dan 0,1-9,5 x 10 15 erg. Panjang rupture    memiliki  range  144,2-243,1  m,    slope  spektral  2,1-7.8  dB/cm,  dan  stress  drop 0.1-7,6  bar.    Hasil-hasil  tersebut mengarah  pada  kesimpulan  bahwa  perubahan  karakteristik  spektral  dan  nilai  parameter sumber  yang fluktuatif  pada  gempabumi  VTA berasosiasi dengan perubahan aktivitas vulkanik dari gunung Sinabung .
Kata Kunci: Spektral;  VTA;  Parameter Sumber; Gempa Vulkanik

## ABSTRACT
[Title:  Source  Parameter  Analysis  of  Deep  Volcano  Tectonic  (Volcano  Tectonic-A)  Spectral  on  Volcanic  Activities Mt. Sinabung] The source parameters describe the different physical properties of seismic volumes under the volcanoes. Source parameters that  can  be  used  to  distinguish seismic  events  that  are  generated  by  different  types  of  volcanoes  activities. Temporary  changes  of the spectral  source  parameters  provided  a  description  of  the  main  events  during  the  eruption  process. Source  parameters  are calculated by correlating the relationship between source frequency at spectral displacement (corner frequency) and source parameters based on  spectral  sources  of  the  Brune  model  (1970).  The  angular  frequency  obtained  by  applying  the  FFT  algorithm  to  the  VTA  spectral displacement.  The  source  parameters  analyzed  from  this  VTA  earthquake  are  the  spectral  slope,  seismic  moment,  stress  drop,  length  of rupture,  moment  magnitude  and  radiation  energy.  Based  on  the  obtained  corner  frequency  (12  Hz-13  Hz), seismic  moment,  moment magnitude and energy radiation respectively were at 0.2 -1.9 x 10 12 Nm, 0.7 - 2 Mw, and 0.1 - 9.5 x 10 15 erg. The length of rupture were from 144.2 to 243.1 m, the spectra slope has 2.1 - 7.8 dB/cm, and stress drop are 0.1 - 7,6 bar. From the results of this study, it can be concluded that the changes of spectra characteristic and fluctuate of source patrameters value of VTA earthquakes was asosiated with the different  volcanic activity of Sinabung.
Keywords: Spectral; VTA; Source Parameter; Volcanic Earthquake

## PENDAHULUAN
Parameter  sumber  dari  gempabumi  VT dianggap  sebagai  sinyal  seismik  yang  berasal  dari mekanisme  kopel  ganda  ( double  couple  mechanism ), yang  berasal  dari  sistem  patahan  atau  retakan  yang
terjadi  di  dalam  tubuh  gunungapi  (Nishimura  & Iguchi,  2011)  Parameter  sumber  seperti  ini  telah dapat  diprediksi  dengan  akurat,  diantaranya hiposenter,  mekanisme  fokus  hingga  pola  radiasi energi  seismiknya  (Nishimura  &  Iguchi,  2011).
Parameter  sumber  erat  hubungannya  dengan frekuensi spektral dari sinyal. Near dan far-field spectra yang  terekam  saat  terjadinya  gempabumi  dapat mengindikasikan stres efektif yang berasal dari dalam tubuh gunungapi (Brune, 1970).
Salah satu gunungapi yang saat ini masih sangat aktif  adalah  gunung  Sinabung.  Gunung  Sinabung merupakan  gunungapi  soliter  yang memiliki  puncak tunggal.  Secara  geologi  gunungapi  ini  merupakan gunungapi  muda  yang  masih  dalam  tahap pembentukan,  dimana  di  bagian  puncak  ditemukan sumbat  gunungapi  yang  menutupi  kawah.  Struktur sesar  yang  melewati  gunung  Sinabung  adalah  sesar strike  slip mengiri  berarah  Baratdaya-Timurlaut. Terdapat  sesar  normal  di  daerah  danau Kawar  yang berada  di  sebelah  Utara  puncak  gunung  Sinabung dengan kelurusan topografi pada umumnya mengarah ke  arah  Baratdaya-Timurlaut.  Struktrur  puncak mengarah ke Baratlaut-Tenggara (Prambada, 2011).
Berdasarkan keadaan geologi tersebut kegempaan  di  gunung  Sinabung  didominasi  oleh gempa  VT.  Gempa  VT  terutama  VTA  merupakan parameter  utama  yang  digunakan  dalam  analisis spektral.  Analisis  spektral  dilakukan  untuk mendapatkan  parameter  sumber  gunungapi. Parameter  sumber  ini  berguna  untuk  mempelajari bagaimana dinamika sumber dari gempabumi VTA di gunung  tersebut.  Sumber  gempabumi  VTA  diduga berasal  dari  retakan/getaran  pada  dinding  kantong magma.  Seiring  mendekati  erupsi,  sumber gempabumi  VTA  terus  naik  kepermukaan  dan berpusat pada dinding pipa kepundan (dike) . Pada saat terjadinya  erupsi  sumber  gempabumi  aktivitas gempabumi  VTA  menurun  dan  didominasi  oleh gempabumi-gempabumi  vulkanik long  periode (frekuensi  rendah).  Hal  ini  terjadi  karena  sumber gempabumi VT berada sangat dekat dari permukaan kawah. Sumber gempabumi VTA setelah erupsi akan kembali  berpusat  pada  dinding  pipa  kepundan  dan kantong  magma.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah untuk  mendapatkan  parameter  sumber  berasarkan analisis spectral displacement yang diperoleh. Hal ini penting  untuk  mempelajari  karakteristik  gunung Sinabung lebih lanjut.

## METODE
Secara umum metode yang digunakan pada penelitian  ini  adalah  analisis  kuantitatif.  Data  yang digunakan  adalah  data  waveform  dari  gempabumi VTA  dalam  domain  waktu  yang  terekam  pada  4 PGA.  Sinyal  yang  terekam  di  stasiun  pengamat adalah  spektral  kecepatan.    Untuk  mendapatkan frekuensi  sudut dan  falt  density  level , spektral  kecepatan  harus  dikonversi  ke  pergeseran
Untuk mendapatkan nilai frekuensi cutoff maksimum ( )  spektral  kecepatan  harus  dikonversi  ke spektral  percepatan.  Sebelumnya  spektral  terlebih dahulu di transformasi Fourier ke kawasan frekuensi (Kumar,  dkk.,2012).  Data  domain  waktu  tersebut kemudian  dilakukan  koreksi  baseline  dan  koreksi instrument  dan  windowing.  Data  yang  telah diwindowing  ditransformasikan  ke  dalam  domain frekuensi  menggunakan  algoritma  FFT  berdasarkan model  Brune  untuk  mendapatkan  nilai  frekuensi corner.  Glassmoyer  dan  Borchedt  (1990) menyatakan  hubungan  antara  frekuensi  sudut dan  nilai  spektral  densitas  yang  konstan  pada frekuensi rendah diberikan oleh persamaan 1:
0 0 2 1    A f  1
Dengan  mengasumsikan  model  sumber  berbentuk lingkaran (Brune, 1970), jari-jari sumber ditentukan menggunakan  persamaan  (Brune,  1970  yang dikoreksi  pada  (Hank  &  Wyss,  1972)  untuk gelombang S dan untuk gelombang P (Hank, 1982) pada persamaan 2
) ( 2 34 . 2 ) ( 0 p f P A    2
merupakan  kecepatan  gelombang  P  (km/s), kecepatan  disesuaikan  dengan    kedalamn  sumber berdasarkan  model  kecepatan  gunung  Sinabung (Indrastuty,  2014),  Hank  &  Wyss  (1972) mengasumsikan bahwa panjang rupture sama dengan diameter  sumber  sesar,  maka  panjang rupture dapat ditentukan dengan persamaan 3:
A L 2  , 3
dengan  adalah panjang rupture (m).
Seismik  momen  diperoleh  berdasarkan hubungan  parameter  sumber  dengan  flat  spektral densitas spektral sumber , untuk gelombang P berdasarkan persamaan 4 (Keilis-Borok, 1960,)
3 0 0 4 ) ( ) (   A f p P M P   4
flat spektral densitas (m).
Untuk  menentukan  besarnya  penurunan stress digunakan persamaan 5:
3 0 16 7 A M    5
Momen  magnitudo  dapat  juga  ditentukan dari  asimptot  frekuensi  rendah  pada  spektral pergeseran  yang  terkait  secara  fisik  dengan pergeseran  statik  akhir (final  static  displacement) dari sebuah  gempabumi.  Momen  magnitudo  ditentukan menggunakan persamaan 6 (Hank, 1982):
) 1 . 9 (log 3 2 0   M M w 6
Energi  yang  diradiasikan  ( )  ketika terjadinya  gempabumi  bukanlah  jumlah  energi intrinsik gempabumi yang dipindahkan dari sumber. Energi  yang  diradiasikan  hanyalah  jumlah  energi yang  dipancarkan  gempabumi  akibat  gelombang seismik.    Bisa  saja  hanya  merupakan  sebuah  fraksi kecil  dari  energi  total  yang  dipindahkan  selama proses  terjadinya  gempabumi  [10]. ditentukan menggunakan  hubungan  antara  frekuensi  sudut  dan flat  spektral  density (Hank  &  Wyss,  1972),    pada persamaan 7:
3 0 2 0 k f E r   7
adalah  konstanta.    diestimasikan  mempunyai nilai  yang  bergantung  dengan  tipe  spektral.  Brune memberikan nilai 0,37 untuk gelombang S dan 0.50 untuk gelombang P.
Gambar 1 . Diagram alir Penelitian
Sebelumnya spekral dalam domain frekuensi  terlebih  dahulu  dilakukan  uji  autokorelasi dan  koherensi  dan  koreksi  atenuasi  untuk
mendapatkan  hasil  yang  lebih  akurat.  Diagram  alir penelitian ditampilkan pada gambar 1.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Spektral gempabumi vulkanik secara umum dapat digunakan untuk 2 tipe aplikasi. Spektral total dari  rekaman  seismik  digunakan  untuk  klasifikasi gempabumi  vulkanik  dan  juga  monitoring  aktivitas seismik.  Spektral  gelombang  badan  dan  gelombang permukaan  digunakan  untuk  studi  parameter sumber  dari  gempabumi  vulkanik  (Zobin,  dkk., 2010).  Perhitungan  parameter  sumber  dilakukan dengan  mengasumsikan  kecepatan  perlapisan sebanyak 6 lapisan kecepatan secara vertikal dengan asumsi  bahwa  lapisan  tersebuh  homogen  secara horizontal (Indrastuty, 2014), Densitas batuan yang digunakan  sebesar  2.36  gr/cm 3 (mengacu  pada densitas batuan gunung Merapi, Jawa Tengah).
Sebaran  frekuensi  sudut  gunung  Sinabung periode  Juli-November  2013  dituangkan  pada Gambar  2.    Frekuensi  sudut,  erat  hubungannya dengan  dimensi  sumber  dari  gempa  VTA.  Dimensi sumber  yang  dimaksud  adalah  panjang rupture sesar yang  dihasilkan  ketika  terjadinya  erupsi.  Frekuensi sudut  gunung  Sinabung  berada  pada  rentang  nilai 10,2-13,7  Hz,  sebagian  besar  didominasi  oleh frekuensi  12-13  Hz.  Frekuensi  sudut  sebelum terjadinya  erupsi  memiliki  frekuensi  yang  relatif lebih  besar  dibandingkan  dengan  frekuensi  sudut setelah  terjadinya  erupsi.  Hal  ini  berkaitan  erat dengan  panjang rupture yang  terbentuk  ketika sebelum  dan  setelah  terjadinya  erupsi  memiliki panjang yang berbeda.
Gambar  2 .  Frekuensi  sudut  gempabumi  VTA  gunung Sinabung periode Juli-November 2013 garis merah adalah garis  batas  sebelum  dan  setelah  erupsi,  daerah  yang ditunjukkan  tanda  panah  merah  adalah  saat  terjadinya erupsi (Brotopuspito, dkk., 2018).
Panjang rupture diperoleh  berdasarkan panjang  jari-jari  dislokasi  lingkaran  model  Brune, 1970. Selama periode Juli-November 2013, panjang rupture gunung sinabung adalah sebesar 144,2-243,1 m. Sebagian besar kejadian gempabumi mempunyai panjang rupture 180-210 m (Gambar 3).
Gambar  3. Panjang rupture gempabumi  VTA  gunung Sinabung  periode  Juli-November  2013,  garis  merah adalah garis batas sebelum dan setelah erupsi, daerah yang ditunjukkan  tanda  panah  merah  adalah  saat  terjadinya erupsi
Jumlah radiasi dari gempabumi vulkanik dapat diekpresikan  dengan  jumlah  seismik  momen. Seismik  momen  kemungkinan  berhubungan  dengan perbedaan formasi dari sumber gempabumi vulkanik untuk  tipe  erupsi  yang  berbeda.  Seismik  momen gunung Sinabung pada periode Juli-November 2013 secara  keseluruhan  berada  0.2-1.9  x  10 12 Nm (Gambar  12).    Namun,  sebagian  besar  momen seismik berada pada 0.2-1 x 10 12 Nm (Gambar 4).
Gambar  4. Seismik  momen  gempabumi  VTA  gunung Sinabung periode Juli-November 2013 garis merah adalah garis  batas  sebelum  dan  setelah  erupsi,  daerah  yang ditunjukkan  tanda  panah  merah  adalah  saat  terjadinya erupsi.
Energi  yang  diradiasikan  oleh  sumber  pada setiap  kejadian  gempabumi  VTA  bukan  merupakan energi  total  yang  dilepaskan  selama  terjadinya gempabumi, melainkan energi dari fragmen terkecil dari rupture .  Energi  yang  diradiasikan  oleh gempabumi  VTA  di  gunung  Sinabung  secara keseluruhan sebesar 0,1-9,5 x 10 15 erg (Gambar 5 ).
Energi  juga  dapat  diekpresikan  dalam  bentuk kekuatan  gempabumi  vulkanik  yang  dapat  ditinjau dari besarnya magnitudo momen dari setiap kejadian VTA.  Gempabumi  VTA  yang  terekam  di  stasiun- stasiun di sekitar puncak gunung Sinabung tergolong relatif kecil, yaitu 0.7-2.1 Mw (Gambar 6).
Gambar 5 . Energi seismik yang diradiasikan gempabumi VTA  gunung  Sinabung  periode  Juli-November  2013, garis merah adalah garis batas sebelum dan setelah erupsi, daerah  yang  ditunjukkan  tanda  panah  merah  adalah  saat terjadinya erupsi
Gambar 6. Magnitudo momen gempabumi VTA gunung Sinabung  periode  Juli-November  2013,  garis  merah adalah garis batas sebelum dan setelah erupsi, daerah yang ditunjukkan  tanda  panah  merah  adalah  saat  terjadinya erupsi
Aktivitas  vulkanik  gempabumi  Sinabung juga  dapat  diamati  dari  parameter  sumber  lainnya yaitu  stress  drop  dan  kecepatan  slip  spektral. Kecepatan slip rupture direpresentasikan  melalui besarnya slope spektral VTA. Slope VTA dihitung dari kemiringan  spektral  yang  terekam  dalam  kawasan amplitudo displacement . Slope spektral  dapat merepresentasikan  kecepatan  kerak  ketika  dimulai terjadinya  retakan/rekahan  hingga  akhirnya  benar- benar  patah.  Diasumsikan  semakain  besar slope spektral, maka semakin besar kecepatan dari rupture tersebut.  Gambar  6  menunjukkan  besarnya kemiringan  spektral  pergeseran  gunung  Sinabung periode  Juli-November  2013.  Kemiringan  spektral secara  keseluruhan  berada  pada  2,1-7.8  dB/cm. Sebagian besar tersebar dengan kemiringan slope 2-5 dB/cm (Gambar 7).
Kemiringan  spektral  cukup  tinggi  pada tanggal 5 September, yaitu 7,1 dB/cm.  Kemudian pada  tanggal  12  dan  22  September  berturut-turut 7.2  dan  7.7  dB/cm.    Peningkatan  yang  cukup signifikan  dibandingkan  dengan  kemiringan  spekral lainnnya diinterpreasikan dengan adanya rekahan/patahan yang cukup besar  dikerak bumi di
bawah  permukaan  tubuh  gunungapi.  Hal  ini didukung  dengan  tingginya  nilai  frekuensi corner pada  tanggal  tersebut  (Gambar  2)  .  Pada  5 September sebesar 23,3 Hz, 12 September 26,2 Hz dan  22  September  26,5  Hz.  Hank  (1982) menjelaskan  bahwa  frekuensi cutoff maksimum  dari spektral  densitas  pergeseran  berhubungan  erat dengan site  effect dari  sumber. Site  effect yang dimaksud  disini  adalah  perubahan  geologi  dari sumber karena adanya suatu kejadian yang akhirnya mengakibatkan struktur batuan ataupun kerak bumi yang awalnya kerak menjadi lunak. Hal tersebut bisa saja  diakibatkan  patahnya,  atau  retaknya  struktur batuan  ketika  terjadinya  aktivitas  magmatik  yang cukup besar.
Variasi sementara dari stress drop gempabumi VT  yang  berbeda  dipelajari  berhubungan  dengan deformasi  kerak  bumi  di  bawah  tubuh  gunungapi. Zobin  (2010)  menghubungkan  gempabumi  dengan HSD  ( High  Stress  Drop )  sebagai  kemungkinan  dari produk  rekahan  dari  batuan  induk  yang  terjadi karena  adanya  panas  magmatik.  Secara  relatif,  pada LSD  ( Low  Stress  Drop )  rekahan mungkin  disebabkan oleh slip di  sepanjang  rekahan  yang  sudah  ada sebelumnya  dan  kembali  terbentuk  karena  adanya kejadian gempabumi besar selama gerakan magma.
Gambar 7. Kemiringan spektral pergeseran gempabumi VTA  gunung  Sinabung  periode  Juli-November  2013, garis merah adalah garis batas sebelum dan setelah erupsi, daerah  yang  ditunjukkan  tanda  panah  merah  adalah  saat terjadinya erupsi
Stress drop gunung Sinabung pada periode Juli- November 2013 adalah sebesar 0.1-7,6 bar (Gambar 8).  Sebagian  besar  kejadian  gempabumi  VTA memiliki stress drop sebesar 0.1-5 bar.
Gambar  8. Penurunan  Stress  gempabumi  VTA  gunung Sinabung  periode  Juli-November  2013,  garis  merah adalah garis batas sebelum dan setelah erupsi, daerah yang ditunjukkan  tanda  panah  merah  adalah  saat  terjadinya erupsi

## KESIMPULAN DAN SARAN
Parameter sumber mampu mendeskripsikan perbedaan physical  properties  dari volume  seismik  di bawah  gunungapi.  Parameter  sumber  dapat digunakan untuk membedakan kejadian seismik yang dibangkitkan  oleh  tipe  aktivitas  yang  berbeda  pada gunungapi.  Perubahan  sementara  dari  parameter sumber  spektral  dapat  memberikan  deskripsi tentang  kejadian-kejadian  utama  selama  proses erupsi  terjadi.  Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh maka  dapat  disimpulkan  bahwa  panjang  ruptur  dan kecepatan  slop  mengalami  peningkat  sebelum terjadinya  radiasi.  Kedua  parameter  ini  berasosiasi dengan  pengumpulan  energi.  Momen  seismik, momen magnitudo dan energi radiasi meningkat saat erupsi  dan  setelah  terjadinya  erupsi.  Ketiga parameter  tersebut  berasosiasi  dengan  pelepasan energi.
Penelitan  lebih  lanjut,  dapat  dibuat  sebuah model sumber bawah permukaan gunung Sinabung, untuk mendapatkan informasi tentang posisi, bentuk dan ukuran kantong magma.

## DAFTAR PUSTAKA
Brotopuspito,  K.,  Kusmita,  T.  Dan  Triastuty,  H., 2018,  Spectra  Analysis  For  Source  Dynamic Identification  Of  Deep  Volcano  Tectonic Underneath Mounth Sinabung, North Sumatera,  Conference  Proceeding,  EAGE- HAGI  1st  Asia  Pacific  Meeting  On  Near Surface Geoscience And Engineering, Yogyakarta.
Brune, J. N., 1970, Tectonic Stress and Spectra  of Seismic  Shear  Waves  from  Earthquakes, Journal of Geophysical Research , Vol. 7 Glassmoyer,  G.  &  Borchertdt,  1990,  Source Parameters  and  effect  of  Bandwith  and  Local Geology  on  High-Frequency  Ground  Motions Observed  for  Aftershock  of  the  Northeastern Ohio earthquake of 31 Jnury 1986, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol.80. Hank, T. C., 1982, Fmax, Bulletin of the seismological Society of America , Vol. 72.
Hank, T. C., & Wyss, M., 1972, The Use of Body Wave Spectra in the Determination of Seismic Source  Parameters, Bulletin  of  the  seismological
Society of America , Vol. 62.
Indrastuty,  N.,  2014,  Studi  Kegempaan  Seismik Tomografi  Gunung  Sinabung, Tesis ,  ITB, Bandung.
Keilis-Borok,  V.  I.,  1960,  Investigation  of Mechanism of earthquakes, Sov, Res, Geophysics. Kumar, A., Ashwani, K., Himashu, M., Ashok, K., Rakhi,  B.,  2012,  Sotfware  to  Estimate Earthquake  Spectral  and  Source  Parameters, International Journal of Geosciences . Nishimura,  T.,  &  Iguchi,  M.,  (2011), Volcanic Earthquakes and Tremor in Japan . Kyoto, Kyoto
University Press. Prambada,  O.,  2011, Pemetaan  Geologi  G.  Sinabung , Pusat  Vulkanologi  dan  Mitigasi  Bencana Geologi,  Kementerian  Energi  dan  Sumber
Daya Mineral.
Zobin,  V.M.,  Melnik,  O.E.,  Gonzalez,  M., Macedo, O., and Breto´n, M. (2010). Swarms of micro-earthquakes associated with the 2005 Vulcanian  explosion  sequence  at  Volca´n  de Colima, Me´xico. Geophys. J. Int. 182