Nani Puspita Wahidin Fahrullah

Devi Masita Annisa Fitri

Theodorus Permana Rizki Darmawan

Digusti Habib Ricardo Gomes

Interpretasi Data Monitoring Gunung Api Dengan Metode Seismik

Pengantar

Dalam rekaman seismik untuk monitoring gunung api banyak sinyal sinyal yang terekam, diantaranya Gempa, Rockfalls, Icequakes, Ground motions.

Di bawah dome Kedalaman kurang dari 3km Medium-low frekuensi

Jauh dari gn. api Medium-low frekuensi

Rockfalls Snow & rock avalanches Gas & tephra events

Long lasting Asosiasi dengan gn. api aktif Asosiasi dgn. pergerakan magma

KLASIFIKASI SINYAL GUNUNG API

CONTINOUS

TRANSIENT

Vt Events Low Frequency Hybrid Events

Explosion Quakes Vlf Ultra Low Velocity

Volcanic Tremor Surface Processes

TRANSIENT TRANSIENT

VOLCANIC TECTONIC EVENTS (VT)

Gambar: event VT A/B; bisa terjadi karena a) kembali aktifnya sesar akibat peningkatan tegangan dari naiknya magma, atau b) penambahan volume magma yang mengakibatkan perenggangan sesar; perbedaan utama VT-A dan VT-B adalah lokasi kedalaman kejadiannya.

Terjadi di tempat yang dalam (> 2 km)

Dicirikan dengan adanya gelompang P dan S yang jelas

Terdiri dari frekuensi tinggi (> 5 Hz), karena itu disebut juga High-frequency event (HF)

Durasi sinyal pendek.

Event VT-A yang terekam di Gunung Merapi

VOLCANIC TECTONIC EVENTS (VT) VT A

VT-B -Terjadi di tempat yang dangkal (1 - 2 km); - Gelombang P jelas, tapi gelombang S sulit dideteksi; - Terdiri dari frekuensi yang lebih rendah (1 - 5 Hz);

Gambar kiri: event VT-B yang terekam di Gunung Merapi; frekuensi dominan ada di sekitar 3 Hz Gambar atas: zoom in dari event; kedatangan gelombang S sulit ditentukan

VOLCANIC TECTONIC EVENTS (VT) VT B

LOW-FREQUENCY EVENT (LF/LP)

Dua kejadian yang mendreskripsikan LP yaitu a) model rekahan yang berosilasi di kedalaman dalam, dan b) adanya gangguan tekanan di kedalaman dangkal akibat kenaikan gelembung gas dalam fluida yang bergerak

LOW-FREQUENCY EVENT (LF/LP)

LF/LP Dikenal juga dengan istilah Long-Period (LP); Lokasi umumnya dangkal (< 2 km), meskipun di beberapa gunung api (Kilauea, ex) bisa

sampai 30 40 km; Onset jelas, tapi tidak didapati adanya gelombang S; Frekuensi berkisar 0.2 10 Hz

Gambar kiri: event LF yang terekam di Gn. Merapi; frek. dominan sekitar 1 Hz Gambar atas:event LF di 2 STA di Redoubt volcano, Alaska; ada bentukan Tornillo

HYBRID EVENTS

Beberapa sinyal seismik gunungapi membagi sinyal dan karakteristik frekuensi dari LF dan VT-(A,B) events. Sinyal-sinyal tersebut biasanya disebut dengan Hybird events, yang mana mewakili kemungkinan pencampuran dari mecanisme sumber dari kedua tipe event dan/atau selain itu dapat mencerminkan efek pada bagian tertentu.

Menunjukkan Hybrid events Sebuah VT-B event untuk perbandingan. Frekuensi yang lebih tinggi diawal pada awal

Hybrid event adalah fitur yang jelas, sedangkan bagian akhir menunjukkan kemiripan dengan event VT-B

MULTIPHASE EVENTS

Multi-Phase events adalah agak lebih tinggi dari frekuensi kontennya (3 8 Hz) dari Hybrid events tapi berhubungan juga dengan pertumbuhan kubah energik di level yang lebih dangkal. Namanya merefleksikan bentuk gelombang yang rumit dengan terlihat terdiri dari beberapa fase setelah satu sama lain.

MP-event Merekam aktivitas Gn. Merapi selama pembentukan kubah yang kuat. Frekuensi dibatasi antara 3 - 10 Hz dan Mirip dengan event tipe VT-B di gunung berapi ini. Catatan durasi panjang event ini sementara amplitudonya jauh lebih kecil daripada untuk event VT-B

Explosion quakes, very-low-frequency events, ultra-low-

frequency events

ULP dan VLF

Ultra Long Period (ULP; f

Sejak tahun 1980-an sampai dengan 1990-an banyak pengamatan ULP-VLP yang diinterpretasikan sebagai erupsi phreatic dangkal (z

Gambar : Original Velocity, band-pass filtered velocity, dan displacement seismogram dari event yang sama pada stasiun TAK. Garis vertikal mengindikasikan erupsi onset, semua stasiun berlokasi dengan jarak 2 km dari pusat gunungapi

Sebuah model generasi ULP/VLP yang berbeda yang mana sesuai dengan pengamatan visual dan seismologi dengan sangat baik terdiri dari magma chamber dangkal dan sebuah sistem tiny feeder ke permukaan, yang mana dapat berisi variasi dalam ukuran dan luasan. Akumulasi dari kantong gas dan naiknya kantong ini sebagai Slug gas menjelaskan penumpukan tekanan yang diamati sampai dengan presisi tertentu (Vergniolle dan Jaupart, 1990). Namun, sebagian besar letusan strombolian di Stromboli dan gunung berapi lain menunjukkan hanya over-tekanan kecil tanpa ada perbedaan terlihat dalam aktivitas asosiasi permukaan.

Conclusion

CONTINOUS CONTINOUS

VOLCANIC TREMOR

DISTRIBUSI FREKUENSI

Pengukuran pada 55 gunung api, 90% frekuensi berada di 1-9 Hz

Mean & Median = 3,5 Hz

VOLCANIC TREMOR

DURASI

488 kasus gunung pavlof 1100 Kasus 84 gunung api di dunia

M ( 2-59 minutes) H (1-23 hours) D (1-6 days) W (1 week or longer)

VOLCANIC TREMOR

AMPLITUDO Amplitudo diketahui dengan melakukan normalisasi pada common reference, yaitu dengan mencari Reduced Displacement (RD). Mengoreksi efek dari geometric spreading, instrument magnification, dan rms amplitude.

A = amplitudo peak to peak (cm) R = jarak dari source ke stasiun seismik (cm) M = perbesaran seismograf pada frekuensi tremor = panjang gelombang (cm)

VOLCANIC TREMOR

DURASI VS AMPLITUDO

Durasi berbanding terbalik dengan amplitudo.

VOLCANIC TREMOR

DEEP TREMOR

Depth = 30-60 km Durasi kurang lebih 1 jam Low frequency

SPASMODIC TREMOR

Frekuensi 5-10 Hz atau lebih Sinyalnya kontinu, sebelum coda habis sudah ada event baru (overlapping)

VOLCANIC TREMOR

BANDED TREMOR

Spindle shaped Intermittently Tidak tampak gelombang

P dan S Amplitudo hampir sama Coda, durasi pada tiap

periode hampir mirip Shallow depth Sensitive pada initial

conditions

Seismogram Gunung Miyakejima, Jepang tanggal 15 Agustus 2000

SURFACE PROCESSES

Release seismic energy pada gunung berapi aktif juga terjadi karena proses-proses di permukaan, diantaranya pirolastik flow, lahars, longsoran, dll dapat membentuk sinyal seismik. Sinyal yang paling penting adalah sinyal yang berasosiasi dengan munculnya piroclastic flows dan lahars. Monitoring lahar, baik secara akustik atau secara visual, sangat penting dilakukan, terutama untuk gunung yang tertutup es.

GUNUNG MERAPI JAWA INDONESIA

STUDI KASUS

Aktifitas kegempaan gunung Merapi dimonitor dengan seismograf telemetri. Sinyal gempa dipancarkan melalui sistem radio dan direkam secara analog dan digital di Kantor BPPTK Yogyakarta. Selain BPPTK sinyal-sinyal tersebut juga direkam pada Pos Pengamatan Kaliurang, Ngepos, Babadan, dan Jrakah.

Menurut Ohrenberger, terdapat 7 kelompok tipe aktivitas seismik pada Gunung Merapi: VT-A : waktu tiba gelombang P dan S jelas; selisih waktu tiba gelombang P dan S >

0.5 detik; frekuensi dominan 5 8 Hz; merupakan kejadian tektonik-vulkanik dengan pusat berkedalaman sekitar 2.5 km.

VT-B : kedatangan gelombang P jelas sementara S tidak jelas; frekuensi dominan sama seperti VT-A; pusat kedalaman sekitar 1.5 km.

Multiphase (MP) : durasi lebih panjang dibanding VT (A maupun B); frekuensi dominan 3 4 Hz; waktu tiba gelombang sangat tidak jelas; memiliki amplitudo puncak ganda (karena itu disebut fase banyak); berkaitan dengan pembentukan kubah.

Low Frequency (LF) : frekuensi dominan 1 2 Hz; sama untuk semua statiun pengamat; penyebabnya bisa bermacam-macam (kereta api, gelombang laut selatan, gerakan magma, dll); ada kaitannya dengan pelepasan gas yang memdadak dari kawah/kubah.

LHF : kombinasi LF yang diikuti dengan VTB; frekuensi dominan 1 2 Hz.

Tremor : umumnya terjadi karena vibrasi dari bergeraknya fluida; frekuensi rendah yang berlangsung lama antara 1 2Hz; di Merapi kenampakannya mirip dengan LF tetapi lama gempanya bisa berlangsung beberapa menit bahkan beberapa jam.

Guguran : sejenis gelombang permukaan yang terjadi karena aktivitas gugurnya lava dari kubah; gelombangnya mirip dengan noise; amplitudo dan lama gempa sangat tergantung pada besarnya material yang digugurkan; biasanya berlangsung antara 60 180 detik; frekuensi dominan antara 1 20 Hz; berkaitan dengan guguran batu hasil pertumbuhan puncak lava.

KLASIFIKASI DATA SEISMIK GUNUNG MERAPI, JAWA, INDONESIA

Hasil TPW untuk setiap komponen SN, SE, dan SZ.

pola frekuensi 0 1 Hz sepanjang waktu yang dikenal sebagai gelombang mikroseismik.

konsentrasi pola frekuensi 2 10 Hz selama kurang lebih 1 detik pada saat t = 24,6 hingga 25,2 detik dan saat t = 27,9 hingga 28,6 detik; kemungkinan merupakan aktivitas VTA atau VTB.

hasil TPW untuk tiga komponen data.

Terlihat adanya gelombang mikroseismik dan gelombang dengan frekuensi 2 7 Hz secara terus menerus; ini merupakan aktivitas MP.

Selain itu terlihat juga adanya lonjakan jangkauan frekuensi (2 8 Hz) pada saat t = 4,1 detik selama kurang lebih 0,5 detik

Untuk kasus yang ketiga tersebut, hasil TPW-nya untuk masing-masing komponen masih ditunjukkan adanya mekroseismik dan adanya konsentrasi pola frekuensi 2 8,5 Hz selama kurang lebih 1 detik; kemungkinan merupakan event VTA atau VTB

STUDI SINYAL SEISMIK PADA PERTUMBUHAN KUBAH LAVA GUNUNG KELUD TAHUN 2007

STUDI KASUS KUBAH LAVA GUNUNG KELUD, 2007 Studi sinyal seismik G. Kelud dilakukan untuk mengetahui karakteristik gempa yang

berasosiasi dengan pertumbuhan kubah lava pada tahun 2007. Data penelitian berupa data seismik gunung Kelud yang terjadi selama November 2007- April 2008. Data seismik tersebut direkam dengan seismometer (L4-C, 1 Hz) dengan laju pencuplikan 100 Hz. Jenis gempa yang dianalisis berupa gempa guguran dan gempa hembusan. Karakteristik sinyal seismik yang berasosiasi dengan pertumbuhan kubah lava dianalisis melalui spektral, magnitudo, dan energi. Pada analisis spektral didapat nilai frekuensi dari gempa guguran dan gempa hembusan yang berfluktuasi antara 3 Hz sampai 5 Hz. Nilai frekuensi yang dianalisis menunjukkan bahwa gempa-gempa yang terjadi selama pertumbuhan kubah lava merupakan gempa frekuensi rendah.

DATA DAN METODE

Data : data sekunder yaituseismik gunung Kelud selama November 2007 -April 2008 dari PVMBG yang diambil di Pos PPGA G. Kelud. Seismometer yang digunakan adalah L4-C dengan natural frekuensi 1 Hz, dan laju pencuplikan sebesar 100 Hz. Metode : metode seismik yang terdiri dari 5 stasiun seismometer yaitu empat disekitar kawah dan satu diluar kawah. Dan pada penelitian kali ini digunakan data seismometer stasiun kawah.

KELUD, 2007 PERTUMBUHAN KUBAH LAVA

gempa hembusan dan gempa guguran. Identifikasi gempa : dari seismogram dan pengamatan visual dari hasil

rekaman kamera CCTV yang diletakkan disekitar kawah gunung Kelud secara simultan.

Gempa guguran : gempa yang terjadi akibat getaran yang diakibatkan oleh guguran atau longsoran material dari tubuh gunungapi (kubah lava).

Gempa hembusan : gempa yang berhubungan dengan aktivitas keluarnya gas ke permukaan. Proses keluarnya gas ke permukaan dapat disebabkan oleh dorongan tekanan magma atau adanya kontak antara material yang sangat panas dengan fluida air.

Pada pertumbuhan kubah lava gunung Kelud, gempa-gempa yang pada awalnya banyak terdeteksi adalah gempa-gempa hembusan. Karena gempa-gempa inilah yang menandai munculnya material kubah lava tersebut kepermukaan. Sebab material tersebut terdorong oleh tekanan magma yang berada di dalam sehingga terjadi kontak dengan air danau dan menimbulkan gempa hembusan. Setelah ditandai dengan kemunculan gempa-gempa hembusan, pertumbuhan kubah lava juga diikuti dengan terjadinya gempa guguran.

KELUD, 2007 FREKUENSI

Analisis spektral dilakukan terhadap gempa guguran dan hembusan,dengan tujuan untuk mengetahui perbedaan nilai frekuensi antara gempa yang terjadi ketika awal mula kemunculan kubah lava dengan gempa yang terjadi pada saat kubah lava sudah besar. Selain analisis spektral dilakukan pula analisis spektrogram untuk mengetahui frekuensi lokal dari suatu sinyal.

14 November 2007 pada pukul 03.33, Frek. 3-5 Hz Energi terbesar di

time 3-4 s

KELUD, 2007 FREKUENSI

20 Aril 2008 pada pukul 20.12, Frek. 3-5 Hz Energi terbesar di

time 2-3 s

Dari hasil analisis spectral ini bisa dikatakan bahwa gempa-gempa yang berasosiasi dengan pertumbuhan kubah lava ini merupakan gempa dengan frekuensi rendah atau low- frequency. Dan ini menunjukkan bahwa gempa-gempa tersebut merupakan gempa permukaan yang menjalar pada medium yang tidak keras dalam artian lunak seperti pada lava dari kubah lava yang sudah terbentuk.

KELUD, 2007 KESIMPULAN

Karakteristik gempa yang berasosiasi dengan pertumbuhan kubah lava adalah gempa hembusan dan gempa guguran. Dari nilai frekuensi diketahui bahwa gempa-gempa yang berasosiasi dengan pertumbuhan kubah lava merupakan gempa- gempa dengan frekuensi rendah (low-frequency).

SARAN

Untuk memperoleh hasil yang lebih baik, sebaiknya digunakan data lebih dari satu stasiun. Selain seismometer sebaiknya dipasang alat infrasonic untuk pemantauan pertumbuhan kubah lava, agar bisa dibandingkan nilai frekuensi sinyal seismik dari gempa dan dari bunyi yang terekam.

TERIMA KASIH TERIMA KASIH