Home
INTERNATIONAL CONFERENCE EARTH SCIENCE AND TECHNOLOGY Yogyakarta 6-7 August 2009
Efek Tapak Lokal (Local Site effect) di Graben Bantul Berdasarkan Pengukuran Mikrotremor
Daryono1, Sutikno2, J. Sartohadi2, Dulbahri2, K. S. Brotopuspito3
1
Program Doktor Ilmu Geografi UGM, Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika 2 Fakultas Geografi UGM, Pusat Studi Bencana UGM 3 Program Studi Geofisika, Jurusan Fisika, FMIPA UGM darbmg@yahoo.com
Kata kunci: efek tapak lokal, mikrotremor, HVSR, indeks kerentanan seismik ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karaktristik dinamis lapisan sedimen permukaan, seperti frekuensi resonansi (f0) dan nilai puncak rasio spektrum HVSR (A). Penelitian ini juga dimaksudkan untuk mengetahui agihan indeks kerentanan seismik (Kg) untuk mengungkap hubungan antara distribusi kerusakan Gempabumi Bantul 27 Mei 2006 dengan fenomena efek tapak lokal di Graben Bantul. Penelitian ini menggunakan 1 buah seismometer short period tipe TDS-303 (3 komponen) dengan frekuensi sampling 100 Hz. Data mikrotremor dianalisis menggunakan Metoda Horizontal to Vertical Spectral Ratio (HVSR). Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai frekuensi resonansi (f0) berkisar antara 0,56 Hz hingga 14,0 Hz. Nilai puncak rasio spektrum HVSR (A) berkisar antara 0,7 hingga 8,4. Indeks kerentanan seismik (Kg) berkisar antara 0,04 hingga 29,22. Agihan nilai indeks kerentanan seismik sesuai dengan agihan kerusakan yang membentuk pola “damage belt”. Zona kerusakan parah yang terkonsentrasi di sepanjang Sesar Opak tidak disebabkan oleh reaktivasi sesar seperti yang dipredikasi oleh para ahli ilmu kebumian sebelumnya, tetapi merupakan cerminan adanya fenomena efek tapak lokal di Graben Bantul. PENDAHULUAN Gempabumi Bantul 27 Mei 2006 mengakibatkan kerusakan parah di Wilayah Kabupaten Bantul dan sekitarnya. Daerah kerusakan parah akibat gempabumi telah membentuk suatu pola yang unik, membujur dalam arah Baratdaya-Timurlaut di Graben Bantul, meliputi Kecamatan Pundong, Imogiri, Jetis, Pleret, Banguntapan dan Piyungan. Fakta ini dapat dilihat pada peta agihan kerusakan gempabumi hasil pantauan satelit yang menunjukkan adanya fenomena ”damage belt” yang paralel dengan Sesar Opak (Miura et al.,
2008) (Gambar 1). Meskipun kekuatan gempabumi relatif kecil, hanya Mw=6.4 (Harvard-CMT, 2007), namun telah menimbulkan kerusakan sangat parah. Gempabumi ini mengakibatkan lebih dari 6000 korban tewas, lebih dari 40.000 korban lukaluka dan lebih dari 1.000.000 jiwa kehilangan tempat tinggal (Walter et al., 2008).
Gambar 1. Pola agihan kerusakan Gempabumi Bantul 27 Mei 2006 membentuk “damage belt” (Miura et al., 2008) Semula para ahli ilmu kebumian berpendapat bahwa daerah kerusakan yang terkonsentrasi di sepanjang jalur Sesar Opak disebabkan oleh aktivitas gempabumi yang dipicu oleh reaktivasi Sesar Opak. Pendapat ini kemudian menjadi pro dan kontra setelah Harvard-CMT (2007) menentukan episenter gempabumi terletak pada koordinat -8.03 LS dan 110.54 BT, tepatnya pada jarak ± 20 kilometer di sebelah timur Sesar Opak (Gambar 2). Episenter gempabumi utama versi Harvard-CMT (2007) ini diakui lebih akurat, karena didukung oleh data gempabumi susulan yang terkonsentrasi di sebelah timur Graben Bantul (Walter et al., 2008). Pola distribusi kerusakan yang membentuk “damage belt” saat Gempabumi Bantul 27 Mei
E04-1
Daryono et al.
2006 tentu sangat menarik bagi para peneliti kebumian untuk mengetahui faktor penyebabnya. Untuk menjelaskan hubungan antara efek tapak lokal dengan agihan kerusakan, maka perlu dilakukan pengukuran mikrotremor di Graben Bantul.
horizontal terhadap komponen vertikal. Dari spektrum rasio HVSR ini diperoleh informasi frekuensi predominan (f0) dan nilai puncak rasio spektrum HVSR (A) yang merepresentasikan karakteristik dinamis lapisan sedimen. Dari hubungan F dan A ini dapat diestimasi indeks kerentanan seismik (Kg). Metodologi penentuan Kg ini lebih detail dapat di temukan dalam Nakamura (1989).
Gambar 2. Lokasi pusat gempabumi 27 Mei 2006 dan agihan gempabumi susulan (Walter et al., 2008). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karaktristik dinamis lapisan sedimen, seperti frekuensi resonansi (f0) dan nilai puncak rasio spektrum HVSR (A). Penelitian ini juga dimaksudkan untuk mengetahui agihan indeks kerentanan seismik (Kg) untuk mengungkap hubungan antara distribusi kerusakan gempabumi dengan fenomena efek tapak lokal di Graben Bantul pada saat terjadi gempabumi. METODOLOGI Daerah penelitian meliputi seluruh Graben Bantul dan sekitarnya (Gambar 3). Survei pengukuran mikrotremor dilakukan pada Bulan Maret 2009. Pengukuran dilakukan sebanyak 145 lokasi di Graben Bantul. Penelitian ini menggunakan 1 buah seismometer short period tipe TDS-303 (3 komponen) dengan frekuensi sampling 100 Hz, dilengkapi digitizer, kabel data, panel solar cell, GPS, UPS, sistem akuisisi data dan sebuah mobil survei. Lama pengukuran pada setiap lokasi selama 30 menit. Setelah pengukuran selesai dilakukan, signal mikrotremor masing-masing komponen ditransformasi Fourier untuk merubah kawasan waktu ke dalam kawasan frekuensi. Untuk memperoleh satu spektrum horizontal (H), dilakukan penghitungan rata-rata spektrum antara komponen komponen EW dan NW. Selanjutnya diperoleh sebuah spektrum HVSR hasil penghitungan rasio spektrum komponen
Gambar 3. Daerah penelitian Untuk estimasi indeks kerentanan seismik (Kg), perlu mempertimbangkan nilai shear strain γ (Nakamura, 2008). Menurut Isihara (1982) lapisan sedimen memiliki sipat plastis pada γ=1000x10-6, sedangkan pada γ>1000x10-6 lapisan sedimen dapat mengalami deformasi dan likuifaksi. Gambar 4 menunjukkan diagram sederhana mengenai shear deformation pada lapisan sedimen permukaan.
Gambar 4. Shear deformation pada permukaan tanah (Nakamura, 2008) Rata-rata γ dapat diestimasi dengan γ=Ad/H, dimana A adalah nilai puncak rasio spektrum HVSR, H adalah ketebalan lapisan sedimen dan d adalah seismic displacement pada batuan dasar. Secara detail formulasi diuraikan dalam Nakamura (2008), namun secara ringkas untuk menjabarkan shear strain adalah sebagai berikut:
Dalam persamaan ini, A2/F disebut sebagai indeks kerentanan seismik yang disingkat dengan Kg, sedangkan α adalah percepatan
E04-2
Daryono et al.
getaran tanah batuan dasar dan Vb adalah shear wave velocity pada basement. HASIL DAN DISKUSI Pada bagian ini akan dibahas hubungan antara frekuensi resonansi (f0), nilai puncak rasio spektrum HVSR (A) dan indeks kerentanan seismik (Kg) hasil pengukuran mikrotremor Agihan nilai frekuensi resonansi (f0) Gambar 5 menunjukkan distribusi frekuensi resonansi hasil analisis HVSR pada lokasi pengukuran. Agihan nilai (f0) yang lebih besar (8,03.5) terkonsentrasi pada area yang memanjang di sebelah barat Sungai Opak. Nilai A berangsurangsur mengecil memasuki daerah perbukitan struktural baik di sebelah barat maupun di sebelah timur graben.
Gambar 5. Agihan frekuensi resonansi Hingga saat ini, pengkajian efek tapak lokal menggunakan nilai puncak rasio spektrum HVSR masih dalam pro dan kontra di karangan para ahli geofisika (Nguyen et al., 2003), namun demikian beberapa peneliti telah menemukan adanya korelasi antara puncak spektrum HVSR dengan agihan kerusakan gempabumi (Mucciarelli et al., 1998; Nakamura et al., 2000; Cara et al., 2006; Jafari et al., 2005; Panou et al., 2004). Dalam kajian ini akan dianalisis hubungan antara puncak rasio spektrum HVSR dengan agihan kerusakan Gempabumi Bantul 27 Mei 2006. Untuk seluruh area di Graben Bantul, daerah yang mengalami kerusakan maksimum memiliki nilai A yang lebih besar pada setiap lokasi pengukuran, sebaliknya pada area kerusakan ringan memiliki A lebih kecil. Jika kita mempertimbangkan karakteristik nilai f0 dan A secara bersamaan, dapat kita katakan bahwa karakteristik kedua poarameter inilah yang menyebabkan timbulnya getaran besar gempabumi yang menjalar dari batuan dasar. Nilai A hasil analisis dalam penelitian ini ternyata memiliki korelasi dengan nilai rasio kerusakan (Gambar 6).
E04-3
Daryono et al.
disebabkan oleh reaktivasi sesar seperti yang dipredikasi oleh para ahli ilmu kebumian sebelumnya. Distribusi kerusakan yang membentuk pola “damage belt” merupakan cerminan fenomena efek tapak lokal di Graben Bantul saat gempabumi 27 Mei 2006.
Gambar 6. Grafik hubungan antara rasio kerusakan vs nilai puncak rasio spektrum HVSR Distribusi indeks kerentanan seismik Nilai Kg berkisar antara 0,04 hingga 29,22. Nilai Kg yang besar (Kg>6,0) membentuk suatu pola yang berarah Baratdaya-Timurlaut berada pada dataran fluvio gunungapi tepatnya di sisi graben bagian timur. Nilai indeks kerentanan seismik berubah mengecil setelah memasuki bentuklahan perbukitan struktural di sebelah barat dan timur graben. Klaster nilai indeks kerentanan seismik yang besar membentuk sebuah pola unik yang mirip dengan pola agihan jalur kerusakan. Pola unik yang terbentuk ini paralel dengan Sungai Opak, dimana fenomena likuifaksi banyak ditemukan di daerah ini saat terjadi gempabumi. Kondisi ini sama dengan hasil penelitian Huang & Tseng (2002) saat Gempabumi Chi Chi, Taiwan 1999, dan menyimpulkan bahwa indeks kerentanan seismik juga dapat digunakan untuk memprediksi daerah yang berpotensi mengalami likuifaksi. Daerah yang mengalami likuifaksi berada pada zona indeks kerentanan seismik tinggi berdasarkan pengukuran mikrotremor. Nilai Kg terbukti memiliki korelasi dengan distribusi kerusakan Gempabumi 27 Mei 2006 (Gambar 7). Pada Gambar 8 tampak perbandingan antara agihan indeks kerentanan seismik dengan peta agihan kerusakan dan zona aliran lahar Merapi. Mengejutkan, pola agihan nilai indeks kerentanan seismik bukan saja mirip dengan peta agihan kerusakan (UNOSAT, 2006), tetapi juga mirip dengan peta rasio kerusakan (Yamazaki & Matsuoka, 2008) dan sebaran aliran lahar Merapi (Walter et al., 2008). Fakta ini menunjukkan adanya korelasi antara cebakan aliran lahar hasil erupsi Gunung Merapi yang mengisi graben dengan zona kerusakan gempabumi. Berdasarkan beberapa hal tersebut, maka dapat diambil suatu kesimpulan bahwa daerah kerusakan parah yang terkonsentrasi di sepanjang Sesar Opak tidak
Gambar 7. Grafik hubungan antara rasio kerusakan vs nilai indeks kerentanan seismik Untuk menjelaskan mengapa pada zona indeks kerentanan seismik tinggi mengalami kerusakan yang maksimum, dapat diterangkan dengan pendekatan perhitungan strain (Nakamura, 2008). Pada saat Gempabumi Bantul 27 Mei 2006 diketahui percepatan getaran pada basement di daerah Jetis (Kg=14) α= 375 cm/detik2, maka saat terjadi gempabumi nilai shear strain ground di daerah ini diestimasi sebesar γ = 5250x10-6. Nilai ground shear strain sebesar ini tentu saja sudah dapat menimbulkan deformasi tanah dan menghancurkan bangunan yang berada di atasnya, mengingat batasannya pada strain γ>1000x10-6 sudah dapat menimbilkan deformasi permukaan tanah. Namun demikian, lain halnya yang terjadi pada perbukitan Baturagung yang lokasinya lebih dekat dengan pusat gempabumi. Di daerah ini percepatan basement yang terjadi lebih besar α=384 cm/detik2, tetapi karena memiliki Kg=1 maka nilai strain hanya sebesar γ=384x10-6, sehingga bangunan rumah yang berada di daerah ini tidak banyak mengalami kerusakan. KESIMPULAN Data frekuensi resonansi (f0) hasil pengukuran mikrotremor, dapat digunakan untuk mengestimasi pola permukaan batuan dasar graben. Berdasarkan hasil analisis menunjukkan bahwa Graben Bantul merupakan jenis graben yang tidak simetris (asimetric graben), karena dasar graben yang lebih dalam berada pada sisi sebelah timur.
E04-4
Daryono et al.
Gambar 8. Agihan indeks kerentanan seismik, agihan kerusakan, rasio kerusakan dan cebakan aliran lahar Gunungapi Merapi Meskipun pengkajian efek tapak lokal menggunakan nilai puncak rasio spektrum HVSR masih dalam pro dan kontra di karangan para ahli, namun dalam penelitian ini ternyata nilai puncak rasio spektrum HVSR memiliki korelasi dengan data kerusakan Gempabumi Bantul 27 Mei 2006. Nilai indeks kerentanan seismik hasil pengukuran mikrotremor menunjukkan nilai yang
tinggi pada zona “damage belt”. Pola distribusi nilai puncak spektrum di atas 6,0 memiliki kesesuaian dengan distribusi kerusakan paling parah akibat gempabumi. Nilai indeks kerentanan seismik terbukti memiliki korelasi dengan distribusi kerusakan Gempabumi 27 Mei 2006. Agihan nilai indeks kerentanan seismik bukan saja mirip dengan peta agihan kerusakan, tetapi juga mirip dengan peta rasio kerusakan dan zona aliran lahar Merapi. Agihan kerusakan gempabumi yang membentuk pola “damage belt” dan sejajar dengan Sesar Opak merupakan cerminan adanya fenomena efek tapak lokal pada kawasan yang dilanda gempabumi 27 Mei 2006, dan bukan merupakan dampak reaktivasi sesar seperti yang diprediksi oleh para ahli sebelumnya.
E04-5
Daryono et al.
UCAPAN TERIMAKASIH Pengukuran mikrotremor di Graben Bantul merupakan bagian dari proyek penelitian Risk Management Information System (RIMSY) Project of Yogyakarta. Seluruh kegiatan ini dibiayai oleh RIMSY Project yang merupakan kerjasama antara Fakultas Geografi UGM dan Innsbruck University of Austria. Kami mengucapkan banyak terimakasih atas seluruh bantuan dana yang diberikan selama penelitian berlangsung. DAFTAR PUSTAKA
Bard, P.Y., 2000, Lecture notes on seismology, seismic hazard assessment and risk mitigation, International Training Course, Postdam, p.160. Cara F., Cultrera, G., Azzara, M., Rubeis, V.D., Giudio, G.D., Giammarinaro, M.S., Tosi, P., Vallone, P. & Rovelli,A., 2006, Microtremor Measurement in the City of Palermo, Italy: Analysis of the Correlation with Local Geology & Damage, BSSA, Instituto di Geofisica Volcanologia, Via di Vigna Murata, Italy. HarvardCMT,2007,p:www.globalcmt.org/CMTsearch. html. Huang, H. and Tseng, Y., 2002, Characteristics of Soil Liquifaction using H/V of Microtremor in YuanLin area, Taiwan, TAO, Vol. 13, No. 3, 325-338. Ishihara, K., 1978, Introduction to Dynamic Soil Mechanism. Jafari, M.K., Ghayamghamian, M.R., Davoodi, M., Kamalian, M. and Sohrabi-Bidar, A., 2005, Site Effect of The 2003 Bam, Iran, Earthquake, Journal Earthquake Spectra, Vol. 21. Miura, H., Yamasaki, F., & Matsuoka, M., 2007, Identification of damaged area due to the 2006 Central Java Earthquake using satellite optical images. Urban Remote Sensing Joint Event. Mucciarelli, M., Valensise, G., Gallipoli, M.R. & Caputo, R., 1999, Reappraisal of a XVI century earthquake combining historical, geological and instrumental information. Proceeding of Workshop of E.S.C. Sub-Comm. On Historical Seismology, Macerata, Italy.
Nakamura, Y., 2008, On The H/V Spectrum. The 14th World Conference on Earthquake Engineering, October 12-17, 2008, Beijing, China Nakamura, Y., 1989, A method for dynamic characteristic estimatimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Q.R. of R.T.I. 30-1, p. 25-33. Nakamura, Y., 2000, Clear identification of fundamental idea of Nakamura’s Technique and its application. World Conference of Earthquake Engineering. Nakamura, Y., Sato, T., & Nishinaga, M., 2000, Local site effect of Kobe based on microtremor measurement. Proceeding of the Sixth International Conference on Seismic Zonation EERI, Palm Springs California. Nguyen, F., Van Rompaey, G., Teerlynck, H., Van Camp, M., Jougmans, D. and Camelbeeck, T., 2003, Use of Microtremor for Assessing Site Effect in Northern Belgium – Interpretation of The Observed Intensity During The M=5.0 June 11 1938 Earthquake, Journal of Seismology, Vol. 1-3. Panou, A.A., Theodulidis, N., Hatzidimitriou, P.M., Papazachos, C.B. and Stylianidis, K., 2004, Ambient Noise Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio for Assessing Site Effect in Urban Environtments: The Case of Thessaloniki City (Northern Greece), Bulletin of Geological Society of Greece, Vol. XXXVI. UNOSAT, 2006, Preliminary damage assessment: Java Earthquake. http://www.unosat.org. Walter, T.R., B.G. Luehr, R. Wang, M. Sobiesiak, H. Grosser, H.U. Wetzel, C. Milkereit, J. Zschau, J. Wassermann, P.J. Prih Harjadi & Kirbani S.B., 2008, The 26 May 2006 magnitude 6.4 Yogyakarta Earthquake. South of Mt. Merapi volcano: Did lahar deposits amplify ground shaking and thus lead to disaster? Geochemistry., Geophysics, Geosystem, An Electronic Journal of the Earth Sciences, Vol. 9, Number 5. Yamazaki, F. & Matsuoka, M., 2007, Remote sensing tools for earthquake response and recovery. International Symposium on Remote Sensing Application to Natural Hazard.
E04-6