AOKI 2014, Deformasi tanah yang terkait dengan semburan gunung lumpu, di Jawa Timur

LUSI LIBRARY KNOWLEDGE MANAGEMENT
EBOOK LUSI
DEFORMASI DI BARAT LUSI BERDASARKAN INSAR SATELIT
AOKI 2014

https://sites.google.com/site/lusilibraryhardi2010/aoki-2014

Pemodelan Lusi mud volcano dan Mud Diapirisme (Kadurin, 2009)

sebagai ilustrasi pokok makalah Aoki yaitu

apa wujud Elip Deformasi InSAR di barat  Lusi

Contents lists available at ScienceDirect

Journal of Volcanology and Geothermal Research

journal homepage: www.elsevier.com/locate/jvolgeores

Gambar InSAR dan Pola

Amblesan yang meluruh secara eksponensial (Rudolph)

Sebagai basis untuk pemahaman Deformasi di sekitar Lusi

Contents lists available at ScienceDirect

Journal of Volcanology and Geothermal Research

journal homepage: www.elsevier.com/locate/jvolgeores

Article history:

Available online 25 April 2014

Deformasi tanah yang terkait dengan semburan gunung lumpur, di Jawa Timur, Indonesia

Ground deformation associated with the eruption mud volcano, east Java, Indonesia

Kata Kunci:

Gunung lumpur (Mud volcano), Deformasi tangah (Ground deformation), Synthetic aperture radar, Analisis berselang waktu (Time-series analysis)

Pokok-pokok Bahasan:

Kesimpulan

·      Evolusi deformasi tanah 2006-2011 dengan Citra SAR:

·      Indikasi amblesan terjadi di kawah dan sebelah barat:

·      Peluruhan eksponensial terjadi pertengahan 2008:

·      Perkiraan semburan tidak berlangsung lama:

·      Hubungan Kawah dan daerah barat pada pertengahan 2008:

·      Semburan lumpur dikendalikan oleh gradien tekanan reservoir-permukaan:

·      Waktu kejadian peluruhan eksponensial di semburan lebih awal 6 bulan dari di barat:

·      Kesimpulan amblesan di barat Lusi dipicu oleh semburan lumpur dengan waktu tunda:

Abstrak

·      Penyelidikan deformasi tanah 2006-2011 dengan citra SAR:

·      Terjadi amblesan di kawah dan sebelah barat:

·      Terjadi Peluruhan dari LOS terjadi  pertengahan tahun antara 1,5-2,5 tahun:

·      Isyarat semburan tidak berlangsung lama lagi:

· Amblesan di barat berhubungan dengan semburan pada pertengahan 2008:

· Peluruhan di barat terjadi kemudian daripada di Kawah, amblesan di barat berhubungan dengan semburan:

· Hasil pemodelan, Geometri penghubung dan karakteristik kekakuan lumpur, peluruhan yang konstan:

Pendahuluan

• Volkanisme Lumpur (mud volcanism):
• Lusi peluang mengamati volkanisme lumpur sejak kelahirannya:
• Evolusi tingkat semburan (ekstrusi lumpur), kompilasi:
• Pentingnya memahami mekanisme semburan Lusi dan mud volcano pada umumnya:
• Dampak wilayah tergenang dan kerusakan:
• Pentingnya memahami mekanisme semburan Lusi dan mud volcano pada umumnya:
• Perkiraan pajang umur sebelumnya dari pemodelan fisik:
• Pendekatan SAR semburan akan berkurang/meluruh dalam beberapa tahun mendatang:
• Mengikuti pendekatan Rudolph, menggunakan data SAR mendapatkan evolusi pergerakan tanah dari semburan Lusi:
• Perbedaan dalam orbit satelit (manaik/menurun):
• Temuan penting deformasi berhubungan semburan lumpur meluas ke barat:

• Lumpur di barat diumpan dari barat kawah Lusi:

Diskusi.

Wawasan dari pengamatan

·      Terjadi perlambatan tekanan pada kedalaman:

· Relevansi penurunan tekanan dengan semburan sehingga semburan lumpur akan berhenti:

·      Bertentangan semburan akan berlangsung lama:

·      Konsisten peruluran deformasi dan kecepatan semburan:

·      Peluruhan eksponensial 2008 di barat lebih besar:

·      Indikasi ekspansi peluruhan kearah timur:

·   Perbedaan dengan Rudolph terkait waktu peluruhan lama ke barat:

·      Kesimpulan deformasi di bagian barat disebabkan semburan:

·      Evolusi amblesan barat berhubungan amblesan kawah:

·  Skenario amblesan di barat sebagi lapangan gas, tidak ada hubungan dengan semburan lumpur:

· Diperlukan informasi lainnya untuk menentukan penyebab semburan dari data ekstraksi lapangan gas alam:

Kesimpulan

Evolusi deformasi tanah 2006-2011 dengan Citra SAR:

Tahun 2006 dan 2011 dilakukan studi terhadap evolusi temporal dari deformasi tanah (temporal evolution of ground deformation) yang terkait dengan semburan  LUSI mud volcano. Dengan  analisis time series dari citra  SAR, berasal dari satelit ALOS.

Indikasi amblesan terjadi di kawah dan sebelah barat:

Hasil evaluasi menunjukkan indikasi amblesan telah terjadi baik di sekitar kawah maupun di sebelah barat dari pusat semburan. Sedangkan perubahan total LOS yang diamati lebih  dari 200 mm.

Peluruhan eksponensial terjadi pertengahan 2008:

Juga disimpulkan bahwa perubahan LOS dari peluruhan secara eksponensial  (exponential decay) terjadi setelah pertengahan 2008 dengan konstanta waktu di kedua daerah 1,5-2,5 tahun.

Perkiraan semburan tidak berlangsung lama:

Waktu peluruhan yang pendek tersebut menunjukkan bahwa semburan tidak akan berlangsung lama lagi.

Hubungan Kawah dan daerah barat pada pertengahan 2008:

Pengamatan ini juga menunjukkan bahwa daerah dekat pusat semburan dan di bagian barat telah terhubung sejak pertengahan tahun 2008, dengan geometri yang stasioner.

Semburan lumpur dikendalikan oleh gradien tekanan reservoir-permukaan

Penciptaan sistem ini membuat ekstrusi lumpur dikendalikan oleh gradien tekanan (the mud extrusion controlled by a pressure gradient) antara reservoir lumpur dan permukaan.

Waktu kejadian peluruhan eksponensial di semburan lebih awal 6 bulan dari di barat:

The time series yang diperoleh  juga mengungkapkan bahwa terjadinya peluruhan eksponensial sekeliling kawah sekitar setengah tahun lebih awal daripada yang tejadi di bagian barat.

Juga diamati bahwa amblesan  di bagian barat mengalami  percepatan sampai tahun 2007, ketika amblesan di sekitar kawah telah berhenti percepatannya.

Kesimpulan amblesan di barat Lusi dipicu oleh semburan lumpur dengan waktu tunda:

Pengamatan ini menunjukkan bahwa amblesan di sebelah barat telah dipicu oleh semburan lumpur dengan waktu tunda  

Abstrak

Penyelidikan deformasi tanah 2006-2011 dengan citra SAR:

Deformasi Tanah (Ground deformation) yang berkaitan dengan semburan  mud volcano Lumpur Sidoarjo (Lusi) antara tahun 2006 dan 2011, telah diteliti dengan menggunakan citra Synthetic Aperture Radar (SAR images).

Terjadi amblesan di kawah dan sebelah barat:

Telah diindikasikan bahwa amblesan (subsidence) dapat diamati terjadi di sekitar  Pusat Semburan dan di daerah sebelah baratnya.

Terjadi Peluruhan dari LOS terjadi  pertengahan tahun antara 1,5-2,5 tahun:

Terjadi perubahan terhadap garis pandangan (Line-of-sight LOS) di kedua daerah dimana mengalami peluruhan/pengurangan (decayed) yang terjadi sejak pertengahan tahun 2008, dengan waktu konstan selama 1,5-2,5 tahun,

Isyarat semburan tidak berlangsung lama lagi:

Hal ini mengisyaratkan bahwa semburan tidak akan berlangsung lama lagi (implying that the ongoing eruption won't last long).

Amblesan di barat berhubungan dengan semburan pada pertengahan 2008:

Waktu peluruhan yang terjadi secara seragam ini (uniform decay time) menunjukkan bahwa daerah amblesan di sebelah  barat telah terhubung ke pusat semburan sejak pertengahan tahun 2008, membentuk sebuah sistem dengan geometri stasioner (system with stationary geometry).

Peluruhan di barat terjadi kemudian daripada di Kawah, amblesan di barat berhubungan dengan semburan:

Hasil pengamatan bahwa peluruhan amblesan yang terjadinya bergeser ke arah barat, daripada yang berada sekitar semburan, menunjukkan bahwa amblesan di sebelah barat telah dipicu oleh semburan lumpur (subsidence to the west has been triggered by the mud eruption).

Hasil pemodelan, Geometri penghubung dan karakteristik kekakuan lumpur, peluruhan yang konstan:

Suatu pemodelan yang sederhana menunjukkan bahwa:

1)    Saluran (conduit) memerlukan suatu yang sempit di kedalaman daripada di permukaan,

2)       Kekakuan efektif lumpur (the effective rigidity of the mud) harus lebih rendah dari yang diperkirakan dari sampel pemboran, atau keduanya untuk menjelaskan adanya peluruhan konstan yang diamati dari deformasi (the observed decay constant of the deformation).

Pendahuluan

Volkanisme Lumpur (mud volcanism):

Volkanisme Lumpur adalah proses yang mengendalikan material sedimen dalam ke permukaan (Mud volcanism is a process that drives materials in the sediment to the surface).

Hal ini mempunyai kesamaan fitur umum dengan vulkanisme magmatic (magmatic volcanism).

Sebagai contoh, keduanya sering membentuk kaldera dan kepundan searah (form calderas and aligned vents) yang dikendalikan oleh stres lingkungan (ambient stress) (misalnya, Bonini, 2012).

Lusi peluang mengamati volkanisme lumpur sejak kelahirannya:

Dengan latar belakang ini, semburan Lumpur Sidoarjo (LUSI), Jawa Timur, Indonesia, menyediakan suatu  kesempatan berharga untuk mengamati vulkanisme lumpur sejak dari kelahirannya (precious opportunity to observe the mud volcanism from its birth).

Lusi menyembur pada kawasan yang rawan volkanisme lumpur, sedimentasi intensif:

LUSI, yang telah menyembur sejak 29 Mei 2006, terletak di Pulau Jawa bagian timur,

Merupakan suatu wilayah rawan vulkanisme lumpur akibat sedimentasi yang intensif (a region prone to mud volcanism due to an extensive sedimentation) (Gambar 1a; Mazzini et al, 2007, 2009.).

Evolusi tingkat semburan (ekstrusi lumpur), kompilasi:

Gambar. 2 merangkum evolusi tingkat ekstrusi lumpur (the evolution of mud extrusion rates) yang diambil dari literatur yang sebelumnya telah diterbitkan.

Tingkat ekstrusi adalah sekitar 50.000 m3/hari selama beberapa bulan pertama (Istadi et al., 2009).

·     September 2006 (umur empat bulan), meningkat menjadi 125.000 m/hari pada bulan.

·      Mencapai maximum of 180.000 m3/hari (Mazzini et al, 2007, 2009;.. Istadi et al, 2009)

·      Agustus 2008, menurun menjadi 90.000 m3/hari

· Pertengahan tahun 2010 kurang dari 10.000 m3/hari pada pertengahan tahun 2010 (Mazzini et al, 2009;.. Rudolph et al, 2013).

Dampak wilayah tergenang dan kerusakan:

Lumpur yang diekstrusikan telah menenggelamkan area seluas lebih dari 7 km, dan menyebabkan lebih dari 60.000 warga harus mengungsi, dan menyebabkan kerusakan dengan nilai lebih dari 4 miliar dolar AS (misalnya, Rudolph et al., 2013).

Pentingnya memahami mekanisme semburan Lusi dan mud volcano pada umumnya:

Dengan latar belakang ini, adalah penting untuk memahami mekanisme letusan LUSI dan letusan gunung lumpur pada umumnya.

Perkiraan pajang umur sebelumnya dari pemodelan fisik:

Beberapa studi sebelumnya memperkirakan umur panjang puluhan tahun dari pemodelan fisik (Some previous studies estimated the longevity of tens of years from physical modeling) (Istadi et al, 2009;. Davies et al, 2011.; Rudolph et al., 2011).

Pendekatan SAR semburan akan berkurang/meluruh dalam beberapa tahun mendatang:

Rudolph et al. (2013) berbeda dengan yang sebelumnya, menggunakan data Synthetic Aperture Radar (SAR) (challenged the previous studies with Synthetic Aperture Radar (SAR) data).

Selanjutnya menyimpulkan bahwa semburan akan meluruh/berkurang (decay) dalam beberapa tahun (conclude that the eruption will decay in a few years).

Karena deformasi telah mengalami peluruhan (decaying) karakteristik dengan waktu beberapa tahun (the deformation has been decaying with a characteristic time of a few years).

Mengikuti pendekatan Rudolph, menggunakan data SAR mendapatkan evolusi pergerakan tanah dari semburan Lusi:

Pada makalah ini penulis mengikuti jalan yang sama dengan Rudolph et al. (2013) untuk memperoleh evolusi dari pergerakan lapangan terkait dengan semburan LUSI (derive the evolution of the displacement field associated with the LUSI eruption) dari citra SAR diambil dari satelit ALOS (Shimada et al., 2008).

Dimana  menghasilkan koherensi yang baik bahkan pada daerah yang bervegetasi seperti di Indonesia.

Perbedaan dalam orbit satelit (manaik/menurun):

Bila Rudolph et al. (2013) menggunakan citra SAR hanya dari orbit yang menurun (descending orbit), studi ini menggunakan citra dari orbit naik (ascending orbit) juga untuk mendapatkan informasi lebih lanjut mengenai evolusi deformasi (gain more insights into the evolution of the deformation).

Temuan penting deformasi berhubungan semburan lumpur meluas ke barat:

Deformasi terkait semburan lumpur meluas barat :

Temuan utama kami adalah bahwa deformasi yang terkait dengan semburan lumpur meluas ke barat (deformation associated with the mud eruption extends to the west) serta di sekitar kawah.

Lumpur di barat diumpan dari barat kawah Lusi:

Hal ini menunjukkan bahwa lumpur diumpan dari barat kawah di mana lapangan gas terdapat (mud is fed from the west of the vent where a gas field extends), serta dari kanan di bawah kawah (from right beneath the vent).

Diskusi.

Wawasan dari pengamatan

Terjadi perlambatan tekanan pada kedalaman:

Selama diasumsikan bahwa media adalah elastis, sehingga waktu relaksasi sekitar 2 tahun (the relaxation time of around 2 years) menunjukkan bahwa penurunan tekanan pada kedalaman juga melambat dengan konstanta waktu sekitar 2 tahun (the depressurization at depth is also decelerating with a time constant of around 2 years).

Relevansi penurunan tekanan dengan semburan sehingga semburan lumpur akan berhenti:

Karena evolusi penurunan tekanan (the evolution of depressurization) dipandang sebagai proxy yang baik untuk itu ekstrusi lumpur (is viewed as a good proxy for that of mud extrusion).

Sehingga hasil studi ini menunjukkan bahwa semburan lumpur akan berhenti segera (our result indicates that the mud eruption will cease soon).

Bertentangan semburan akan berlangsung lama:

Hal ini bertentangan dengan studi sebelumnya (Istadi et al, 2009;. Davies et al, 2011;. Rudolph et al ., 2011) yang memperkirakan bahwa semburan kemungkinan akan berlangsung selama beberapa decade (forecasted that the eruption will likely last for decades).

Konsisten peruluran deformasi dan kecepatan semburan:

Peluruhan yang cepat dari  deformasi ini (rapid decay of deformation) secara kualitatif konsisten dengan tingkat ekstrusi lumpur (qualitatively consistent with the mud extrusion rate).

Dimana  telah meluruh/berkurang menjadi  5000-10,000 m3/hari pada tahun 2011, dari sebelumnya pada saat semburan optimal pada ~ 180.000 m3/hari dan pada bulan Agustus 2008 ~ 90.000 m3/hari (Istadi et al, 2009.; Mazzini et al., 2012, Gambar. 2).

Peluruhan eksponensial 2008 di barat lebih besar:

Gambar. 4 menunjukkan bahwa berangkat dari adanya peluruhan eksponensial sebelum pertengahan-2008 adalah lebih besar di titik-titik barat daripada di timur (the exponential decay before mid-2008 is bigger in the western points than those in the east).

Indikasi ekspansi peluruhan kearah timur:

Ini mencerminkan onset awal peluruhan eksponensial ke timur (an earlier onset of the exponential decay to the east.).

Perbedaan dengan Rudolph terkait waktu peluruhan lama ke barat:

Sementara Rudolph et al. (2013) menguraikan suatu waktu peluruhan  yang lebih panjang kebarat (a longer decay time to the west), perkiraan mereka mungkin bias oleh terjadinya keterlambatan peluruhan eksponensial ke barat.

Perbedaaan karakter deformasi di barat dengan di Pusat Semburan:

Menggabungkan hasil tersebut dengan pengamatan bahwa deformasi ke barat adalah halus, jika tidak null, selama enam bulan pertama semburan (the deformation to the west is subtle, if not null, during the first six months of the eruption).

Hal ini berbeda dengan deformasi yang signifikan di sekitar kawah (contrast with a significant deformation around the vent) (Fukushima et al., 2009).

Kesimpulan deformasi di bagian barat disebabkan semburan:

 Disimpulkan  bahwa deformasi ke barat telah dipicu oleh semburan dengan beberapa penundaan (we conclude that the deformation to the west was triggered by the eruption with some delay).

Selanjutnya dipercepat, dan kemudian mulai meluruh kemudian daripada yang di sekitar semburan (accelerated, and then started to decay later than that around the vent).

Evolusi amblesan barat berhubungan amblesan kawah:

Evolusi berselang waktu ini menunjukkan bahwa amblesan di barat dapat terhubung ke amblesan dekat kawah (temporal evolution suggests that the western subsidence could be connected to the near-vent subsidence).

Skenario amblesan di barat sebagi lapangan gas, tidak ada hubungan dengan semburan lumpur:

Bila daerah amblesan di barat sesuai dengan keberadaan lapangan gas (subsidence corresponds to a gas field).

Namun juga dimungkinkan untuk menafsirkan bahwa penurunan di barat tidak ada hubungannya dengan semburan lumpur namun oleh ekstraksi gas (western subsidence does not have anything to do with the mud eruption but due to a gas extraction).

Diperlukan informasi lainnya untuk menentukan penyebab semburan dari data ekstraksi lapangan gas alam:

Untuk mengkonfirmasi penyebab penurunan tersebut, kita membutuhkan informasi yang independen seperti time series dari jumlah gas yang ekstraksi di sana (a time series of the amount of gas extraction there.).

4. Discussion

4.1. Insights from the observation

As long as an elastic medium is assumed, the relaxation time of around 2 years suggests that the depressurization at depth is also decelerating with a time constant of around 2 years.

Because the evolution of depressurization is viewed as a good proxy for that of mud extrusion, our result indicates that the mud eruption will cease soon, contrary to earlier studies (Istadi et al., 2009; Davies et al., 2011; Rudolph et al., 2011) that forecasted that the eruption will likely last for decades.

This rapid decay of deformation is qualitatively consistent with the mud extrusion rate that decayed to 5000–10,000 m3/day in 2011 from its maximum of ~180,000 m3/day and ~90,000 m3/day in August 2008 (Istadi et al., 2009; Mazzini et al., 2012, Fig. 2).

Fig. 4 shows that the departure from the exponential decay before mid-2008 is bigger in the western points than those in the

east.

This reflects an earlier onset of the exponential decay to the east. While Rudolph et al. (2013) derived a longer decay time to the west, their estimate is probably biased by the delayed onset of the exponential decay to the west.

Combining our results with an observation that the deformation to the west is subtle, if not null, during the first six months of the eruption, in contrast with a significant deformation around the vent (Fukushima et al., 2009), we conclude that the deformation to the west was triggered by the eruption with some delay, accelerated, and then started to decay later than that around the vent.

This temporal evolution suggests that the western subsidence could be connected to the near-vent subsidence.

Give that the area of western subsidence corresponds to a gas field, however, it is also possible to interpret that the western subsidence does not have anything to do with the mud eruption but due to a gas extraction.

To confirm the cause of the subsidence, we need independent information such a time series of the amount of gas extraction there.

5. Conclusion

We derived the temporal evolution of ground deformation associated with the eruption of LUSI mud volcano between 2006 and 2011 from a time series analysis of SAR images from the ALOS satellite.

Our results show that the marked subsidence is observed to the west of the eruption center as well as around the vent.

The observed total LOS changes are up to 200 m mor more. We also inferred that the LOS changes  decays exponentially after the middle of 2008 with a time constant of 1.5–2.5 years in the both areas.

This short decay time indicates that the  eruption won't last long. This observation also shows that the near-vent area and western part have been connected since the middle of 2008 with a stationary geometry.

The creation of this system makes the mud extrusion controlled by a pressure gradient between the mud reservoir and surface.

The time series we obtained also revealed that  the onset of the exponential decay around the vent is earlier than the western part by about a half year.

We also observed that the subsidence  in the western part has been accelerated until 2007 when the subsidence around the vent had stopped accelerating.

These observations suggest that the subsidence to the west has been triggered by the  mud eruption with time delay.