## Tremor di Gunungapi Raung: Periode Krisis November-Desember 2014
Vico  Luthfi Ipmawan 1 , Kirbani Sri Brotopuspito 2 , dan Hetty Triastuty 3
1. Program Studi Fisika, Institut Teknologi Sumatera, Jalan Terusan Ryacudu, Lampung Selatan 2. Program Studi Fisika, Universitas Gadjah Mada, Jln. Kaliurang, Yogyakarta 3. Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi, Badan Geologi, Jln. Diponegoro 57, Bandung

## Abstract
Crisis period of Raung Volcano, located in East of Java, Indonesia, was started in November 2014. The seismicity  of  Raung  Volcano  was  dominated  by  volcanic  tremor.  Volcanic  tremor  can  be  related  with internal  process  of  a  volcano  and  can  be  a  fruitful  tool  to  understand  the  physical  process  inside  the volcano. The intensity of tremor event in early crisis period is low but increases quickly then followed by the continuous tremor in the next month, December 2014. The dominant frequency of Raung volcano has range  0,95  ±  0,15  Hz.  We  suggest  that  there  are  two  resonators  exciting  tremor  signal  based  on  the number of peaks in Raung’s tremor spectrum.
Keywords: Maximum Entropy Spectral Analysis, MESA, continuous tremor

## 1.  Pendahuluan
Gunungapi Raung (G. Raung) yang terletak di daerah perbatasan Kabupaten Banyuwangi, Jember, dan Bondowoso,  di  Provinsi  Jawa  Timur  merupakan  gunungapi  tipe  strato  dengan  tipe  letusan  strombolian. G.  Raung  beberapa  tahun  terakhir  menjadi  salah  satu  gunungapi  di  Indonesia  yang  sering  mengalami erupsi. Setidaknya dalam kurun waktu 3 tahun terakhir terjadi 2 erupsi yaitu pada tahun 2012 dan 2015. Tanda-tanda suatu gunungapi yang akan mengalami erupsi dapat diketahui dengan pengamatan seismik yang berkelanjutan. Salah satu tandanya adalah meningkatnya aktivitas kegempaan yang bersifat lokal di gunungapi tersebut. Klasifikasi tipe-tipe gempa gunungapi dibagi dalam 4 tipe yaitu gempa tipe A, tipe B, gempa letusan, dan tremor gunungapi (selanjutnya disebut dengan tremor saja) [1].
Berdasarkan  laporan  bulanan  pos  pengamatan  Pusat  Vulkanologi  dan  Mitigasi  Bencana  Geologi (PVMBG),  keberadaan  sinyal  tremor  G.  Raung  pada  periode  krisis  November  s.d.  Desember  2014 tergolong  dominan  dibandingkan  dengan  tipe  gempa  lain.  Sinyal  tremor  mulai  terekam  pada  11 November  2014.  Aktivitas  G.  Raung  dilaporkan  terus  meningkat.  Tanggal  13  November  2014  status  G. Raung ditingkatkan menjadi level Waspada. Selama November, tremor G. Raung tercatat sebanyak 1709 kali diikuti tremor menerus yang mulai muncul di akhir November. Tremor menerus berlanjut sampai akhir Desember  2014.  Keberadaan  tremor  yang  dominan  tersebut  sangat  berpotensi  untuk  memberikan informasi tentang G. Raung. Tremor dapat menjadi suatu alat yang baik untuk memahami proses fisis di dalam tubuh gunungapi [2].
Tujuan  penelitian  ini  adalah  melihat  kandungan  spektral  tremor  G.  Raung  sebagai  dasar  interpretasi kondisi internal dalam tubuh gunung api tersebut.

## 2.  Metode Penelitian

## 2.1 Pemilihan data
Data  seismik  gunungapi  diperoleh  dari  stasiun  seismik  G.  Raung  milik  PVMBG.  Terdapat  5  stasiun seismik dengan seismometer jenis shortperiod yaitu KBUR (berjarak 4 km dari puncak gunung), MLLR (6 km), RAUN (6 km), MLTN (6 km), dan POSR (14 km). Namun, data yang tersedia hanya dari 4 stasiun, yaitu  KBUR,  MLLR,  RAUN,  dan  POSR.  Seismometer  di  stasiun  MLTN  tidak  merekam  data  selama rentang  waktu  tersebut  dikarenakan  rusak.  Data  dari  stasiun  POSR  hanya  digunakan  sebagai  data
pembanding  untuk  membedakan  gempa  vulkanik  maupun  gempa  tektonik.  Lokasi  sebaran  stasiun ditunjukan oleh Gambar 1.
Gambar 1 . Peta sebaran stasiun yang terpasang pada G. Raung
Pemilihan data tremor didasarkan pada pengamatan visual yang dilaporkan oleh petugas PVMBG yang mengamati  G.  Raung.  Aktivitas  seperti  mengeluarkan  kepulan  asap  dengan  intesitas  rendah  sampai sedang, terdengar gemuruh, dan terlihat cahaya api terjadi pada tanggal-tanggal tertentu selama periode krisis. Tabel 1. Menunjukan tanggal terjadinya aktivitas-aktivitas tersebut yang dijadikan dasar pemilihan sinyal tremor.
Tabel 1. Tanggal kejadian aktivitas G. Raung
No.  Tanggal Keterangan 1. 11 November 2014 Pertama kali muncul tremor 2. 19 November 2014 Pertama kali muncul asap putih ketinggian 200 m 3. 30 November 2014 Asap putih, tinggi 400 m 4. 12 Desember 2014 Terdengar gemuruh 5. 25 Desember 2014 Terlihat cahaya api

## 2.2 Restitusi sinyal
Restitusi  sinyal  diterapkan  pada  data  tremor  G.  Raung  untuk  menghilangkan  efek  instrumentasi. Seismometer dapat dianggap sebagai suatu filter untuk masukan sinyal seismik. Hubungan antara  input dan output pada sistem seismometer dapat dituliskan dalam kawasan frekuensi sebagai berikut
( ) ( ) ( ) O T I     (1)
dengan ( ) I  merupakan input sinyal seismik, ( ) O  merupakan sinyal yang terekam (output), dan ( ) T  merupakan fungsi tanggapan frekuensi ( frequency response function ). Sehingga sinyal asli (input) dapat dicari dengan cara
( ) ( ) ( ) O I T     (2)
Fungsi tanggapan frekuensi dapat ditulis dalam bentuk poles dan zero [3]
1 2 3 1 2 3 ( )( )( )...
( ) ( )( )( )... i z i z i z T i p i p i p                (3)
dengan p mewakili poles , z mewakili zero ,  dan  merupakan  konstanta  normalisasi. Poles dan zero dapat diketahui dari manual produk seismometer yang digunakan.

## Metode Maximum Entropy Spectral Analysis (MESA)
Metode MESA digunakan untuk menganalisis sinyal yang telah direstitusi. Konsep entropi berhubungan dengan  ketidakpastian  dan  keacakan  suatu sistem  yang  mengirimkan  informasi.  Entropi H dapat  ditulis sebagai [4]
( ) log ( ) H p x p x dx      (4)
dengan ( ) p x mewakili fungsi densitas kemungkianan suatu runtun waktu x ,  mewakili suatu jumlahan tak hingga dari  ke  . Persamaan (4) dapat dituliskan dalam domain frekuensi menjadi
log ( ) H
S f df   (5)
dengan ( ) S f mewakili  densitas  spektrum  daya  ( power  spectrum  density )  runtun  waktu, f mewakili frekuensi,  dan  batas  integral  pada  keseluruhan  pita  frekuensi.  Masalah  yang  harus  diselesaikan  pada persamaan  (5)  merupakan  permasalahan  maksimasi  kendala.  Besaran  yang  harus  dimaksimasi  adalah entropi  H,  dan  kendala  berasal  dari  runtun  waktu  parsial  atau  fungsi  autokorelasinya.  Dengan menggunakan metode pengali Lagrange, dihasilkan solusinya [4]
  2 0 ( ) exp 2 M M k k p S f a ifk      (6)
dengan 1 i   , M p merupakan  daya  dari  kesalahan  prediksi  (power  of  error  prediction),  dan k a merupakan  koefisien  filter  kesalahan  prediksi  dengan 0 1 a  .  MESA  dapat  digunakan  untuk menghasilkan  estimasi  daya  spektrum  dengan  puncak  yang  tajam  meskipun  dengan  sedikit  data.  Hasil spektrum dari MESA tidak bergantung pada banyak sedikitnya data.

## 3.  HASIL DAN ANALISIS
Sinyal tremor pada tanggal 11, 19, dan 30 November 2014 serta 12 dan 25 Desember 2014  dipilih untuk diketahui  kandungan  spektralnya  dengan  metode  MESA.  Sebelum  analisis  spektral  dilakukan,  terlebih dahulu  diterapkan  restitusi  sinyal  pada  tremor  yang  akan  dianalisis.  Koreksi  ini  diperlukan  sebab frekuensi  instrumen  yang  terpasang  berbeda  pada  masing-masing  stasiun  seismik  G.  Raung.  Pada stasiun  RAUN,  KBUR,  POSR  terpasang  seismometer  L4C  dengan  frekuensi  1  Hz  sedangkan  MLLR terpasang seismometer L22D dengan frekuensi 2 Hz.
Perubahan sinyal tremor sepanjang 4200 detik di stasiun KBUR pada tanggal 11, 19, dan 30 November 2014 serta 12 dan 25 Desember 2014 diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Intensitas kejadian tremor G. Raung pada tanggal 11 November 2014 paling rendah (paling atas). Tremor G. Raung berubah kontinyu mulai dari tanggal 30 November 2014 s.d. akhir bulan Desember 2014.
Analisis  MESA  diterapkan  pada  rekaman  sepanjang  70  menit  di  semua  tanggal  yang  dipilih  dengan parameter  jumlah poles adalah  40.  Perubahan  bentuk  spektral  tremor  G.  Raung  pada  tanggal-tanggal yang telah disebutkan dan dikelompokkan berdasarkan masing-masing stasiun disajikan pada Gambar 3. Rekaman yang digunakan dalam analisis ini hanya rekaman dari KBUR, RAUN, dan MLLR komponen Z, (MLLR-Z).  Rekaman  dari  stasiun  MLTN  tidak  digunakan  karena  seismometer  pada  stasiun  tersebut mengalami  kerusakan.  Hasil  analisis  MESA  menunjukan  bahwa  terdapat  konsistensi  frekuensi  dominan di  seluruh  stasiun  dan  pada  seluruh  tanggal  yaitu  di  sekitar  0,95  ±  0,15  Hz.  Pada  beberapa  tanggal, seperti  tanggal  12  dan  25  Desember  2014  terdapat  puncak  frekuensi  lain  di  sekitar  1,4  Hz  di  spektral
KBUR.  Kemunculan  puncak  frekuensi  kedua  juga  terjadi  di  stasiun  MLLR-Z  yaitu  di  sekitar  1,5  Hz. Frekuensi puncak di sekitar 1,5 Hz ini selalu muncul di MLLR-Z kecuali pada tanggal 30 November 2014. Nilai frekuensi dominan pada masing-masing spektral disajikan dalam Tabel 2
Gambar 3. Sebanyak 15 spektrum dengan menggunakan metode MESA disajikan berdasarkan tanggal dan stasiun di G. Raung.
Tabel 2 . Frekuensi dominan spektral tremor G. Raung berdasarkan tanggal dan stasiun Tanggal Stasiun 11 Nov 2017 19 Nov 2017 30 Nov 2017 12 Des 2017 25 Des 2017 KBUR 1,1 Hz 1,1 Hz 1,1 Hz 1 Hz 1 Hz RAUN 0.8 Hz 0,8 Hz 0,9 Hz 0,8 Hz 0,8 Hz MLLR-Z 1 HZ 0,9 Hz 1 Hz 0,9 Hz 0,9 Hz

## Hubungan Aktivitas Seismik Raung dengan Pengamata Visual
Aktivitas seismik G. Raung terlihat semakin meningkat dan sebanding dengan peningkatan aktivitas yang teramati secara visual, mulai dari keluarnya asap, terdengar gemuruh, dan terlihat cahaya api di sekitar kawah.  Tremor  G.  Raung  mulai  terlihat  pada  tanggal  11  November  2014.  Kemunculan  tremor  masih sangat  jarang  (Gambar  2).  Asap  putih  teramati  dari  pos  pengamatan  G.  Raung  pada  tanggal  19 November 2014 dengan ketinggian sekitar 200 m. Sinyal tremor mulai meningkat intensitasnya meskipun sinyal  tidak  kontinyu.  Sinyal  tremor  berubah  menjadi  tremor  menerus  ( continuous  tremor )  mulai  pada akhir  November  2014.  Aktivitas  seismik  G.  Tremor  meningkat.  Pada  tanggal  30  November  2014  asap putih keluar dari kaldera G. Raung dengan ketinggian sekitar 400 m dan teramati dari Pos Pengamatan Raung.  Sampai  bulan  Desember  tremor  menerus  masih  berlangsung, aktivitas  kegunungapian  semakin beragam  seperti  terdengar  gemuruh  pada  tanggal  12  Desember  2014  dan  terlihat  cahaya  api  pada tanggal  25  Desember  2014.  Kemungkinan  pada  tanggal  tersebut  telah  terjadi  erupsi  strombolian  yang menyebabkan kawah terlihat berpendar dari pos observasi G. Raung.
Perubahan  spektrum  berdasarkan  tanggal  dan  stasiun  secara  keseluruhan  memiliki  kisaran  nilai  yang sama untuk frekuensi dominannya yaitu disekitar 0,95 ± 0,15 Hz. Spektrum di stasiun RAUN sedikit lebih rendah  nilai  frekuensi  dominannya  dibandingkan  di  stasiun  MLLR  dan  KBUR.  Kemungkinan  perbedaan ini  diakibatkan  oleh  efek  tempat  mengingat  koreksi intrumentasi  telah  dilakukan.  Medium  yang  berbeda dapat menjadikan spektrum berbeda pula.
Secara keseluruhan puncak-puncak spektrum yang muncul ada tiga (Gambar 3). Puncak pertama ada di kisaran  0,95  ±  0,15  Hz  (paling  dominan).  Puncak  kedua  ada  di  kisaran  1,4  s.d.1,5  Hz  yang  terlihat  di stasiun KBUR pada 12 dan 19 Desember 2014 dan terlihat di MLLR-Z di seluruh tanggal kecuali tanggal 30  November  2104.  Puncak  ketiga  dengan  ketinggian  jauh  lebih rendah  muncul  di  staisun  KBUR  pada tanggal 11 dan 30 November 2014 dan memiliki nilai di kisaran 2,8 Hz.

## Kondisi Internal Gunungapi Raung
Dengan  mengasumsikan  bahwa  setiap  puncak  frekuensi  dihasilkan  oleh  sebuah  resonator,  maka puncak-puncak  frekuensi  yang  berbeda  tersebut  dapat  diinterpretasikan  berasal  dari  resonator  yang berbeda pula. Kami menduga bahwa di G. Raung setidaknya terdapat dua resonator menghasilkan sinyal tremor  tersebut.  Resonator  tersebut  bisa  berupa  kantong  magma,  pipa  magma  atau  dike.  Kami  juga menduga bahwa puncak ketiga dikisaran 2,8 Hz merupakan overtones dari puncak pertama. Dugaan ini didasari bahwa tremor quasi-harmonis telah dilaporkan muncul di awal periode krisis 2014 G. Raung [5].
Frekuensi  sinyal  dari  tremor  dapat  memberikan  gambaran  letak  dan  ukuran  suatu  resonator  [6]. Resonator  yang  menghasilkan  frekuensi  0,95  ±  0,15  Hz  dapat  diinterpretasikan  memiliki  ukuran  relatif lebih besar daripada resonator yang menghasilkan frekuensi 1,4 s.d.1,5 Hz. Berdasarkan letaknya maka resonator yang menghasilkan frekuensi 0,95 ± 0,15 Hz dapat diinterpretasikan pula memiliki letak relatif lebih dalam daripada resonator yang menghasilkan frekuensi 1,4 s.d.1,5 Hz.
Resonator dalam G. Raung dapat dimodelkan sebagai pipa magma yang terisi fluida dengan letak yang lebih  dangkal  dan  lebih  kecil  menghasilkan  frekuensi  puncak  pertama  0,95  ±  0,15  Hz  yang  terhubung kantong  magma  berukuran  lebih  besar  dengan  letak  yang  lebih  dalam  sebagai  resonator  frekuensi puncak kedua.

## 4.  Kesimpulan
Berdasarkan  analisis  spektrum  pada  tremor  G.  Raung  dapat  disimpulkan  bahwa  aktivitas  G.  Raung sebanding  dengan  aktivitas  seismisitasnya.  Nilai  frekuensi  dominan  tremor  G.  Raung  bernilai  pada kisaran  0,95  ±  0,15  Hz.  Puncak-puncak  spektral  tremor  G.  Raung  mengindikasikan  terdapat  dua resonator yang meghasilkan sinyal tremor. Resonator puncak frekuensi pertama terletak pada letak yang lebih dalam dan berkuruan lebih besar relatif dengan resonator puncak frekuensi kedua.

## 5.  Penghargaan
Ucapan terimakasih disampaikan penulis kepada PVMBG yang telah menyediakan data dan membantu terlaksanakannya penelitian ini.

## 6. Daftar Pustaka
[1] Minakami,  T., “Seismology  of  volcano  in  Japan” , Civetta,  L.,  Gasparini,  P.,  Luongo,  G.,  and Rapolla, A., Physical Volcanology , Amsterdam: Elsevier, 1974, pp. 127-131.
[2] Konstantinou,  K.  &  Schlindwein,  V. “Nature,  wavefield  properties  and  source  mechanism  of volcanic tremor: a review ”, Journal of Volcanology and Geothermal Research, vol. 119, pp. 161-187, July 2002.
[3] Havskov,  J.  and  Alguacil,  G., ”Instrumentation  in  earthquake  seismology” , Dordrecht:  Springer, 2010, pp.167-171.
[4] Wu,  N., “The  Maximum  Entropy  Method” (translated  by  T.  S.  Huang),  Berlin:  Springer-Verlag, 1997, pp.11-32 [5] Ipmawan,  V.L.,  Brotopuspito,  K.S.,  and Triastuty,  H.,  2018.  Gliding  and  Quasi-harmonic  Tremor Behaviour  of  Raung  Volcano:  November  2014  Crisis  Period  Case  Study. Indonesian  Journal  on Geosciences, 5 (1) , p.13-21. DOI: 10.17014/ijog.5.1.13-21 [6] Cosentino, M., Lombardo, G., Privitera, E.: A model for internal dynamical processes on mt etna. Geophysical 97, 367 –319 (1989)