Estimasi Kedalaman Sedimen dan Batas Diskontinuitas Sesar ......ketebalan sedimen dan ketebalan lapisan diskontinuitas Mohorovicic di wilayah Jawa Timur, yang menghasilkan kedalaman

The 43rd Annual Scientific Meeting of Himpunan Ahli Geofisika Indonesia

Semarang, 24-27 September 2018

Estimasi Kedalaman Sedimen dan Batas Diskontinuitas Sesar Palu Koro

Menggunakan Metode Power Spectral Density

Ramadhan Priadi1*, Rosi Budi Kurniawan1, Purwaningsih Nurdya Utami1, Mahmud Yusuf2

1Jurusan Geofisika, Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Indonesia 2Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Indonesia

*Corresponding author’s email: [email protected]

Abstract. Pulau Sulaswei merupakan pulau yang seismisitasnya sebagian besar dipengaruhi oleh sesar

Palu Koro dan sesar Matano. Gravity merupakan salah satu metode geofisika non-destruktif yang

mengukur perbedaan kontras densitas bawah permukaan untuk interpretasi struktur geologi bawah

permukaan. Penelitian ini bertujuan untuk mengestimasi kedalaman sedimen dan batas diskontinuitas

wilayah sesar Palu Koro menggunakan metode power spectral density.Data yang digunakan adalah data

anomali gravity dari TOPEX disekitaran wilayah sesar Palu Koro. Metode analisis power spectral density

merupakan metode yang menganalisis fenomena osilator harmonic di alam. Prinsip analisis spectral ini

mengacu pada transformasi deret fourier, mengubah domaian waktu menjadi domain frekuensi. Dari hasil

pengolahan diperoleh jika batuan sekitar sesar Palu Koro merupakan batuan Tersier dengan initial body

density sebesar 2,4 gr/cm3. Kedalaman diskontinuitas dangkal berkisar antara 595,8 m hiingga 2.3889 km

dengan rata-rata kedalaman sebesar 1.4570 km. Sedangkan Kedalaman diskontinuitas dalam berkisar

antara 13.0536 km hingga 76.204 km dengan rata-rata kedalaman sebesar 36.0987 km.

Kata kunci: power spectra, gravity, diskontinuitas, sedimen

1. Pendahuluan

Pulau Sulaswei merupakan pulau yang seismisitasnya sebagian besar dipengaruhi oleh sesar Palu

Koro dan sesar Matano. Sesar aktif yang utama yaitu Sesar Palu Koro. Sesar Palu Koro merupakan

jenis sesar mengiri atau left lateral slip yang memanjang mulai dari Selat Makassar sampai pantai utara

Teluk Bone dengan panjang patahan sekitar 500 km (Sompotan, 2012). Pengukuran gravitasi digunakan

untuk menentukan anomali gaya berat pada titik pengukuran di permukaan bumi. Gravity merupakan

metode geofisika non-destruktif yang mengukur perbedaan kontras densitas bawah permukaan untuk

interpretasi struktur geologi bawah permukaan. Metode gravity digunakan karena memiliki kemampuan

dalam membedakan densitas dari suatu sumber anomali terhadap densitas lingkungan sekitarnya

(Mochales,dkk., 2008). Dari variasi densitas tersebut dapat merepresentasikan struktur bawah

permukaan. Salah satu metode gravity yang sering digunakan untuk mengetahui kedalaman

diskontinuitas dangkal dan diskontinuitas dalam adalah metode analisis power spectral density. Metode

analisis power spectral density merupakan metode yang menganalisis fenomena osilator harmonic di

alam. Prinsip analisis spectral ini mengacu pada transformasi deret fourier, mengubah domain waktu

menjadi domain frekuensi (Bansal & Dimri, 2001). Analisis ini bertujuan untuk mendapatkan distribusi

spectrum dari fenomena osilator dan untuk menunjukkan karakteristik statistiknya. Fungsi power

spectral density menunjukkan kekuatan dari variasi energi sebagai fungsi frekuensi (Studinger, dkk,

1997). Selain itu power spectral density juga menunjukkan variasi frekuensi kuat dan variasi frekuensi

lemah. Gradien dari grafik kurva power spectrum besarnya sebanding dengan kedalaman bidang

diskontinuitas (Apriani, dkk, 2018). Terdapat dua macam gradien pada grafik kurva power spectrum ,

yaitu gradien yang bernilai besar mencerminkan bidang diskontinuitas dari anomali regional dan

gradien yang bernilai kecil adalah bidang diskontinuitas dari anomali residual(Indriana, 2008). Kondisi

geologi umum pada daerah penelitian digambarkan berdasarkan anomali gravitasi regional ditunjukkan

dengan anomali berfrekuensi rendah, sedangkan anomali gravitasi residual ditunjukkan dengan anomali

yang berfrekuensi tinggi. Anomali medan gravitasi merupakan superposisi dari anomali gravitasi

regional dan anomali gravitasi residual.

Penelitian dengan menggunakan metode analisis power spectral telah banyak dilakukan. (Indriana,

2008) melakukan kajian data anomali gayaberat dengan analisis power spectral untuk memperkirakan

ketebalan sedimen dan ketebalan lapisan diskontinuitas Mohorovicic di wilayah Jawa Timur, yang

menghasilkan kedalaman bidang diskontinuitas dangkal dan dalam untuk Jawa Timur masing-masing

pada kedalaman rata-rata 2,7 km dan 25,6 km. (Setiadi, dkk, 2014) melakukan studi interpretasi geologi

bawah permukaan menggunakan metode power spectra. (Yusuf dkk, 2017) melakukan penelitian

analisis spectral data anomaly gaya berat, untuk mengestimasi ketebalan sedimen daerah DKI Jakarta.

Penelitian ini bertujuan untuk mengestimasi kedalaman sedimen serta batas diskontinuitas dangkal dan

diskontinuitas dalam yang berada di sesar Palu Koro menggunakan metode power spectral analysis.

Informasi kedalaman sedimen di wilayah sesar Palu Koro sangat penting untuk merepresentasi wilayah

dengan potensi tingkat amplifikasi yang tinggi di sekitar wilayah sesar.

2. Methodologi Penelitian

Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data anomaly gravity udara bebas (Free Air-

Anomaly) dari TOPEX yang dapat di akses di (http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi). Data yang

diperoleh telah mendapatkan koreksi pasang surut bumi, koreksi lintang, dan koreksi udara bebas.

Fokus wilayah penelitian adalah sesar Palu Koro yang berada di Sulawesi dengan Batasan wilayah

penelitian adalah Daerah penelitian pada 0.52 LS-3.03 LS dan 118.66 BT-121.75 BT. Data awal berupa

FAA diolah hingga diperoleh nilai SBA (Simple Bourger Anomaly). Gambar 1 menunjukkan diagram

alir penelitian yang digunakan untuk mengestimasi kedalaman sedimen di wilayah Palu Koro. Dari

gambar 1 data FAA yang diperoleh diestimasi nilai ρ (massa jenis) menggunakan metode Parasnis untuk

mendapatkan nilai Bouguer Correction (BC). Nilai BC digunakan untuk memperoleh simple bouguer

anomaly (SBA). Nilai SBA diperoleh dari hasil pengurangan dari FAA dan BC (Sriyanto & Ifantyana,

2016). Data FAA yang diperoleh dari topex dikoreksi terlebih dahulu menggunakan Bouger Corection

(BC) sehingga didapatkan nilai Simple Bouger Anomaly (SBA). BC adalah koreksi karena adanya

kelebihan massa antara tempat pengukuran dengan bidang referensi. Koreksi Bouger berfungsi untuk

menghitung efek tarikan massa diantara tempat pengukuran dan bidang referensi (Chapin, 1996).

Gambar 1. Peta anomali bourger di sekitar wilayah sesar Palu koro

http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi

Gambar 2. Pola gradien hasil transformasi dalam domain spasial untuk mengestimasi kedalaman.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode analisis power spectral density untuk

mengestimasi kedalaman sedimen dan batas diskontinuitas dangkal serta dalam di wilayah sesar Palu

Koro. Metode power spectral density merupakan metode untuk mengestimasi kedalaman sumber

anomaly dengan mentransformasikan domain jarak/ruang kedalam bilangan gelombang dalam deret

fourier. Pada gambar 1 setelah diperoleh data SBA maka dibuat sebanyak 8 lintasan (cross section)

pada data SBA di wilayah sesar Palu Koro untuk memperoleh profil anomaly. Pada analisis power

spectral data anomaly gravity pada sebuah cross section ditransformasikan kedalam deret fourier (Sato

& Untung, 1978):

Δ�̅�(𝑥𝑖) = ∑ 𝜆𝑛 (𝐴𝑛 cos𝑛𝜋𝑥𝑖

𝐿+ 𝐵𝑛 sin

𝑛𝜋𝑥𝑖

𝐿) (1)

𝑁

𝑛=0

Dengan N merupakan jumlah maksimum data pada arah x,n adalah 0,1,2,3…, 𝐴𝑛 adalah koefisien

suku cosinus, sedangkan 𝐵𝑛 merupakan suku sinus, dan L adalah setengah panjang interval data.

Sehingga dengan menggunakan metode kuadrat terkecil dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐴𝑛 =2

𝐾∑ ∆𝑔𝑘(𝑥𝑖) cos 𝑛𝜋 (

2𝑘

𝐾− 1)

𝐾

𝑘=0

(2)

𝐵𝑛 =2

𝐾∑ ∆𝑔𝑘(𝑥𝑖) sin 𝑛𝜋 (

2𝑘

𝐾− 1)

𝐾

𝑘=1

(3)

dimana:

𝐾 =2𝐿

𝑥𝑖 = harga index maksimum titik sampling arah x

𝑥𝑖 = (2𝑘

𝐾− 1)L

𝑘 = indeks titik sampling arah x

Dari persamaan (2) dan (3) dapat diperoleh logaritma power spectral En, sebagai berikut:

𝐿𝑜𝑔𝐸𝑛 = 𝐿𝑜𝑔 (𝐴𝑛2+𝐵𝑛

2) (4)

Persamaan power spectral density untuk dimensi 1 dapat ditulis menjadi:

𝐸𝑛 = (𝐴𝑛2+𝐵𝑛

2) (5)

Distribusi densitas yang tidak seragam di bawah permukaan bumi dapat disebabkan oleh struktur

geologi yang ada di dalamnya (SIHOMBING & TINGGI, n.d.). Jika distribusi densitas bersifat random,

sehingga tidak ada korelasi yang terjadi pada nilai gravity, maka frekuensi responnya dapat bernilai 1,

sehingga persamaan power spectral density menjadi:

Zona Regional

Zona Residual

Zona Noise

Batas Zona Regional dan Residual

𝐸𝑛 = 𝐶𝑒−2𝜔|𝑑| (6)

𝑙𝑜𝑔𝐸 = 𝑙𝑜𝑔𝐶 − 2𝜔|𝑑| (7)

dimana:

C = konstanta

𝜔 = frekuensi sudut

d = kedalaman bidang batas

Untuk mendapatkan dua harga logaritma yang merupakan selisih dari dua power spectrum pada

persamaan (6) , diperoleh:

|𝑑| = −1

4𝜋

𝑙𝑜𝑔𝐸1 − 𝑙𝑜𝑔𝐸2

𝑘1 − 𝑘2=

1

4𝜋tan 𝜙 (8)

dimana:

E1, E2 = power spectrum

k1, k2 = bilangan gelombang

ϕ = sudut kemiringan garis kurva power spectrum

Nilai power spectra dan bilangan gelombang diperoleh dari hasil pengolahan menggunakan

program matlab. Data yang digunakan merupakan data hasil slicing dari 8 lintasan yang telah dibuat.

Setelah itu akan diperoleh hubungan antara bilangan gelombang dan power spectra yang akan

direpresentasikan dalam bentuk grafik. Pada grafik hubungan bilangan gelombang dan power spectra

di peroleh 2 gradien yang merepresentasikan kedalaman 2 bidang diskontinuitas yang berbeda seperti

yang ditunjukkan pada gambar 2. Gradien dengan frekuensi rendah menggambarkan diskontinuitas

dalam sedangkan Gradien dengan frekuensi tinggi menggambarkan diskontinuitas dangkal (Indriana,

2008). Setelah diperoleh estimasi kedalaman diskontinuitas maka dilakukan validasi hasil pengolahan

menggunakan peta geologi daerah penelitian. Dari hasil validasi nanti akan diperoleh secara pasti

kedalaman sedimen dan batas diskontinuitas wilayah sesar Palu Koro.

3. Hasil dan Pembahasan

Data FAA dan topografi yang diperoleh dari topex diolah terlebih dahulu hingga diperoleh nilai simple

bouger anomaly. Dari hasil pengolahan wilayah sesar Palu Koro memiliki rata rata anomaly bouger

sebesar 30 mgal dengan anomali terbesar terkonsentrasi pada wilayah perbukitan dengan anomali

bourger sebesar 271 mgal. Pada gambar 1 diperlihatkan sebaran bouger anomali di sekitar wilayah sesar

Palu Koro.

Gambar 3. Peta anomali bourger di sekitar wilayah sesar Palu koro

Untuk menganalisa power spectra yang berada di sekitar sesar Palu koro maka dibuat 8 lintasan yang

diperlihatkan oleh gambar 2. Pembuatan lintasan bertujuan untuk mendapatkan distribusi spektrum dari

anomaly gravity sehingga dapat merepresentasikan kedalaman sumber anomali dengan

mentransformasikan dalam deret Fourier dari domain waktu ke domain frekuensi.

Gambar 4. Peta anomaly bourger di sekitar wilayah sesar Palu koro dengan 8 lintasan

Pada gambar 2 lintasan dibuat dengan arah barat-timur dengan tujuan untuk mendapatkan perbedaan

anomaly yang jelas pada jalur sesar Palu koro sehingga dapat mengetahui estimasi nilai kedalaman

anomali regional dan anomali residual dari wilayah sesar Palu Koro yang membentang dari teluk Palu

ke lembah Koro dan berbelok ke sesar Matano disebelah timur . Anomali regional diidentifikasi sebagai

anomaly yang lebih dalam sedangkan anomaly residual diidentifikasi sebagai anomaly yang lebih

dangkal. Berikut adalah hasil power spectra dari wilayah sesar Palu Koro.

Gambar 5. Analisis power spectra

lintasan 1 wilayah Palu Koro



2.39

58.40

9

0.665

36.33













1.41

7

76.2

04

1.63

8

21.51

0

3.36

1

30.21

1.31

41.6

0.64

45.14

0.59

31.62

Tabel 1. Kedalaman rata-rata Diskontinuitas dangkal dan dalam di wilayah sesar Palu Koro

Lintasan Kedalaman diskontinuitas dalam (km)

kedalaman diskontinuitas dangkal (km)

line 1 58.409 2.3889

line 2 36.331 0.6650

line 3 76.204 1.4178

line 4 21.51 1.6387

line 5 30.212 3.361

line 6 41.6877 1.3187

line 7 45.146 0.6430

line 8 31.621 0.5958

line 9 13.0536 1.4707

line 10 28.9385 1.4784

line 11 13.9731 1.0492

Rata-rata 36.0987 1.4570

Pada gambar 5 hingga gambar 13 menunjukkan hasil grafik power spectral yang menggambarkan 2

gradien berbeda, dimana setiap kontras densitas disetiap segmen merepresentasikan sumber anomaly

dangkal dan dalam. Setiap lintasan slicing memiliki pola gradien yang berbeda. Dari hasil pengolahan





1.47

13.05

1.47

28.93



1.04

13.9

data yang ditunjukkan oleh table 1 diperoleh jika rata-rata kedalaman diskontinuitas dangkal sebesar

1.4570 km dan diskontinuitas dalam sebesar 36.0987 km. Diantara 11 lintasan yang telah dibuat lintasan

8 merupakan lintasan dengan kedalman diskontinuitas dangkal paling dangkal dengan kedalaman

sebesar 598.58 m.

(a) (b)

Gambar 13. Peta anomaly gravity a) anomaly regional b) anomaly residual

Berdasarkan perbandingan dengan peta geologi diperoleh jika batuan sekitar sesar Palu Koro

merupakan batuan Tersier dengan initial body density sebesar 2,4 gr/cm3. Pada peta anomaly residual

yang ditunjukkan oleh gambar 13, anomali tinggi terdapat pada bagian barat daya dari jalur sesar palu

koro yang mencerminkan adanya batuan dengan densitas tinggi dan menembus sampai ke permukaan.

Batuan dengan densitas tinggi diduga pada wilayah sesar Palu Koro merupakan batuan terobosan. Peta

anomaly regional merepresentasikan batuan yang berada relative jauh dari permukaan bumi dengan

membandingkan pada peta geologi.

Gambar 14. Penampang geologi wilayah sesar Palu Koro lintasan 1 (Sompotan, 2012)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60mga

l

Jarak

Dari gambar 14 terlihat jika anomali gravity yang diperoleh bersesuaian dengan penampang vertical

geologi di wilayah sesar Palu Koro. Batuan terobosan merupakan batuan yang dominan mempengaruhi

geologi struktur sesar Palu Koro. Disepanjang sesar palu koro jenis batuan didominasi oleh batuan

granitik. Selain batuan dasar granitik, sedimentasi sesar palu koro juga dipengaruhi oleh endapan

alluvial sehingga pada gambar 13 terlihat jika wilayah disekitar sesar palu koro memiliki nilai anomali

regional rendah yang merepresentasikan pengaruh kedalaman lapisan sedimen.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis power spectral wilayah sesar palu koro diperoleh jika rata-rata kedalaman

diskontinuitas dangkal sebesar 1.4570 km dan diskontinuitas dalam sebesar 36.0987 km. Berdasarkan

perbandingan dengan peta geologi diperoleh jika batuan sekitar sesar Palu Koro merupakan batuan

Tersier dengan initial body density sebesar 2,4 gr/cm3. Batas diskontinuitas paling dangkal berada di

line 8 dengan kedalaman sebesar 598.58 m sedangkan batas diskontinuitas paling dalam berada di line

3 dengan kedalaman sebesar 76.204 km.

Referensi

[1] Apriani, M., Julius, A. M., Yusuf, M., Heryanto, D. T., & Marsono, A. (2018). ESTIMASI

KETEBALAN SEDIMEN DENGAN ANALISIS POWER SPECTRAL PADA DATA

ANOMALI GAYABERAT. GEOMATIKA, 23(2), 65–74.

[2] Bansal, A. R., & Dimri, V. P. (2001). Depth estimation from the scaling power spectral

density of nonstationary gravity profile. Pure and Applied Geophysics, 158(4), 799–812.

[3] Berndt, C. (2002). Residual Bouguer satellite gravity anomalies reveal basement grain and

structural elements of the Vøring Margin, off Norway. Norwegian Journal of Geology, 82,

31–36.

[4] Chapin, D. A. (1996). The theory of the Bouguer gravity anomaly: A tutorial. The Leading

Edge, 15(5), 361–363.

[5] Hasan, M. A., & Nurwidyanto, M. I. (2008). Estimasi Penyebaran Sedimen Cekungan Jawa

Timur Dengan Metode Gravity. BERKALA FISIKA, 11(4), 137–145.

[6] Indriana, R. D. (2008). Estimasi Ketebalan Sedimen dan Kedalaman Diskontinuitas

Mohorovicic Daerah Jawa Timur dengan Analisis Power Spectrum Data Anomlai Gravitasi.

Berkala Fisika, 11(2), 67–74.

[7] Mochales, T., Casas, A. M., Pueyo, E. L., Pueyo, O., Román, M. T., Pocoví, A., … Ansón, D.

(2008). Detection of underground cavities by combining gravity, magnetic and ground

penetrating radar surveys: a case study from the Zaragoza area, NE Spain. Environmental

Geology, 53(5), 1067–1077.

[8] Nelson, D. M., Tréguer, P., Brzezinski, M. A., Leynaert, A., & Quéguiner, B. (1995).

Production and dissolution of biogenic silica in the ocean: revised global estimates,

comparison with regional data and relationship to biogenic sedimentation. Global

Biogeochemical Cycles, 9(3), 359–372.

[9] Sari, C., & Şalk, M. (2002). Analysis of gravity anomalies with hyperbolic density contrast:

An application to the gravity data of Western Anatolia. Journal of the Balkan Geophysical

Society, 5(3), 87–96.

[10] Sato, Y., & Untung, M. (1978). Gravity and geological studies in Jawa, Indonesia.

[Bandung]: Geological Survey of Indonesia, 1978.

[11] Setiadi, I., Diyanti, A., & Ardi, N. D. (2014). INTERPRETASI STRUKTUR GEOLOGI

BAWAH PERMUKAAN DAERAH LEUWIDAMAR BERDASARKAN ANALISIS

SPEKTRAL DATA GAYA BERAT. Jurnal Geologi dan Sumberdaya Mineral, 15(4), 205–

214.

[12] Setyanta, B., Setiadi, I., & Simamora, W. H. (2008). MODEL GEOLOGI BAWAH

PERMUKAAN DAERAH MUARAWAHAU HASIL ANALISIS ANOMALI GAYA

BERAT BERDASARKAN ESTIMASI KEDALAMAN DENGAN METODE ANALISIS

SPEKTRAL. Jurnal Geologi dan Sumberdaya Mineral, 18(6), 379–390.

[13] SIHOMBING, R. O. Y. B., & TINGGI, K. R. T. D. A. N. P. (n.d.). PEMODELAN DAN

ANALISA STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DAERAH PROSPEK PANASBUMI

KEPAHIANG BERDASARKAN METODE GAYABERAT.

[14] Sompotan, A. F. (2012). Struktur Geologi Sulawesi. Perpustakaan Sains Kebumian ITB.

[15] Sota, I. (2011). Pendugaan Struktur Patahan Dengan Metode Gaya Berat. POSITRON, 1(1).

[16] Sriyanto, S. P. D., & Ifantyana, I. (2016). IDENTIFIKASI PATAHAN MIKRO PENYEBAB

GEMPA BUMI TARAKAN 21 DESEMBER 2015. In PROSIDING SEMINAR NASIONAL

FISIKA (E-JOURNAL) (Vol. 5, hal. SNF2016-EPA).

[17] Studinger, M., Kurinin, R. G., Aleshkova, N. D., & Miller, H. (1997). Power spectra analysis

of gravity data from the Weddell Sea embayment and adjacent areas. Terra Antarctica, 4, 23–

26.

Estimasi Kedalaman Sedimen dan Batas Diskontinuitas Sesar ......ketebalan sedimen dan ketebalan lapisan diskontinuitas Mohorovicic di wilayah Jawa Timur, yang menghasilkan kedalaman

Documents