STRUKTUR LAPISAN KERAK BUMI DI BAWAH JAWA TENGAH DAN YOGYAKARTA BERDASARKAN DISPERSI GELOMBANG PERMUKAAN

GATOT YULIYANTO, MSI, Prof. Dr. Kirbani Sri Brotopuspito; Dr. rer.nat Wiwit Suryanto, SSi,MSi

2016 | Disertasi | S3 Ilmu Fisika

Dalam kajian-kajian terdahulu tentang struktur kerak bumi Jawa Tengah terdapat hal yang menarik yaitu adanya kesulitan dalam pembedaan anomali kecepatan rendah sebagai akibat kehadiran fluida dan pelelehan parsial dengan sedimen kecepatan rendah yang mengisi Basin Kendeng yang terletak di atas Merapi-Lawu Anomali (MLA). Karena gelombang permukaan sensitif terhadap sifat-sifat materi dalam kerak bumi dan dalam penjalarannya sangat dipengaruhi oleh heterogenitas medium dan dispersif maka struktur kerak bumi yang berupa lapisan kecepatan gelombang S dan struktur lapisan rapat massa pada kerak bumi dapat dipelajari. Dengan demikian sifat gelombang S yang peka terhadap kehadiran fluida yang diperoleh berdasarkan analisis dispersi gelombang permukaan dapat digunakan untuk menggambarkan struktur kerak bumi di bawah Jawa Tengah dan Yogyakarta lebih detail terutama adanya anomali kecepatan rendah antara Merapi dan Lawu. Untuk memodelkan struktur penyusun lapisan kerak bumi di bawah Jawa Tengah dan Yogyakarta maka telah dilakukan analisis dispersi gelombang permukaan. Data yang digunakan adalah data rekaman 130 stasiun seismograf MERAMEX yang terdiri dari 106 seismometer perioda pendek dan 14 seismometer pita-lebar yang tersebar di Jawa Tengah dan Yogyakarta dari bulan Mei hingga September 2004 dengan enam event gempa yang lebih besar atau sama dengan 5 Ms. Dispersi gelombang permukaan mode dasar diperoleh dengan memisahkan dan mengisolasinya dari seismogram menggunakan filter multipel dan filter kesesuaian fase. Dispersi-dispersi kecepatan grup dan kecepatan fase yang diperoleh kemudian diinversikan secara simultan untuk memperoleh model struktur kecepatan gelombang S dan rapat massa untuk masing-masing stasiun, yang kemudian dikonturkan untuk dibuat profil kecepatan gelombang S secara lateral dan vertikal. Proses pemfilteran dan inversi menggunakan perangkat lunak utama Computer Programs in Seismology (CPS) versi 3.30. Sebagai hasil penelitian ini dapat diperoleh model struktur lapisan kerak bumi di bawah Jawa Tengah dan Yogyakarta yang berupa model struktur Vs. Terdapat zona anomali kecepatan rendah di Jawa Tengah dan Yogyakarta dengan batas Vs tertinggi di permukaan sebesar 3,2 km/s yang membentuk luasan memanjang dengan arah relatif timur laut-barat daya, dari selatan komplek Gunung Merbabu-Merapi melampar ke timur laut hingga batas Zona Tinggian Rembang dengan kedalaman mencapai 10,42 km. Zona kecepatan rendah ini mempunyai dua basin atau cekungan: cekungan di bagian utara bersesuaian dengan Basin Kendeng, sedangkan cekungan bagian selatan berada di bawah kompleks Merbabu-Merapi melampar ke arah timur dan tenggara. Luas permukaan yang melingkupi zona anomali kecepatan rendah ini 712.236.140 m2 dan volume yang mengisi cekungan ini terhitung 1.152.472.269 m3. Berdasarkan penelitian dengan menggunakan analisis dispersi ini Merapi Lawu Anomaly (MLA) berbentuk sebuah basin yang berisi sedimen dengan Vs rendah dengan batas sebelah barat merupakan zona Muria Progo Lineament. Cekungan ini terisi oleh lapisan yang tersusun secara gradual dengan rapat massa 2,47 g/cm3 hingga 2,66 g/cm3. Terdapat kesesuaian model kerak bumi hasil inversi dengan model kerak bumi acuan PREM, IASP91, dan AK135-f. Implikasi dari hasil penelitian ini adalah kemungkinan adanya prospeksi dari sumber daya alam yang dapat dieksplorasi lebih lanjut. Sebagai saran untuk penelitian selanjutnya, untuk meningkatkan resolusi struktur kerak bumi dekat permukaan dapat dilakukan inversi gabungan menggunakan sumber dengan perioda pendek antara lain mode-mode dispersi yang lebih tinggi, penggunaan gelombang permukaan dari gempa lokal, dan sumber dari ambient noise. Juga perlu dilakukan inversi gabungan dengan metode receiver function agar resolusi di sekitar diskontinuitas Mohorovicic menjadi semakin baik.

From previous studies of Central Java crustal structure, there is a difficulty in distinguishing low velocities anomaly due to the presence of fluid and partial melt or due to the sediments filling the Kendeng Basin overlying the Merapi-Lawu Anomaly (MLA). Seismic imaging of this phenomena can be challenging. Due to sensitivity of surface wave to crustal matter properties, its dispersion, and in their propagation are affected by medium heterogeneity, crustal shear velocity and density layers can be observed. Because shear wave cannot propagate in fluid so it can be used to model the crustal structure beneath Central Java and Yogyakarta more detil. A research has been carried out to determine crustal structure beneath Central Java and Yogyakarta using surface wave dispersion analysis. It used Merapi Amphibious Experiment (MERAMEX) data, which covered central Java with a temporary deployment of over 130 seismometers (106 short period seismometers and 14 broad band seismometers) during 2004 May–October with six events of 5 Ms or higher. By using multiple filter and phase match filter, fundamental mode of surface wave group and phase dispersion data were isolated and then inverted simultaneously to obtain shear wave velocity and density models by using Computer Programs in Seismology ver 3.30. The models then were contoured to make lateral and vertical S velocity profiles. As the result of this research, it can be obtained a shear wave structure model of crustal layer beneath Central Java and Yogyakarta. A low velocity zone has maximum shear wave velocity 3.2 km/s on the surface, formed an elongated basin from Merbabu-Merapi volcanics arc to southern Rembang High, with the depth reached 10.42 km. This low velocity zone has two basins: the northern part correlated to Kendeng Basin while the southern part located beneath Merapi-Merbabu volcanics complex extended to the east and south-east. The surface area of this low anomaly zone is 712,236,140 m2 and the volume of this basin is 1,152,472,269 m3. Based on dispersion analysis, this research show that Merapi Lawu Anomaly is a basin filled with a low velocity layers sediment. The western limit of this basin is Muria Progo Lineament. This basin is filled with layers which has density from 2.47 g/cm3 to 2.66 g/cm3. The variation of crustal depth of Central Java and Yogyakarta is 20-30 km and this according to reference crustal structure model like PREM, IASP91, and AK135-f models. Implication of this research is there is an explorable natural resources beneath the low anomaly zone. In order to enhance the resolution of crustal structure mainly near surface, as a suggestion for future research, it can use joint inversion of surface wave with higher dipersion modes, dispersion from local event surface wave, and ambient noise. To obtained more clear and sharp Mohorovicic discontinuity, it can use joint inversion with receiver function method.

Kata Kunci : crust, dispersion, low velocity anomali, density, Kendeng Basin