dokumen 2748 volume 12 nomor 2 september 2011 studi hazard seismik dan hubungannya dengan intensitas...

STUDI HAZARD SEISMIK DAN HUBUNGANNYA DENGANINTENSITAS SEISMIK DI PULAU SUMATERA DAN SEKITARNYASEISMIC HAZARD STUDIES AND ITS CORRELATION WITH SEISMIC INTENSITY INSUMATERA AND ITS SURROUNDING

Edy Santoso1, Sri Widiyantoro2, I Nyoman Sukanta112E-mail : [email protected]

ABSTRAKZona subduksi di sepanjang pantai barat dan sesar aktif yang berada di pulau Sumatera merupakan sumbergempa bumi yang aktif. Upaya peningkatan mitigasi di wilayah Sumatera menjadi bagian yang penting,untuk itu diperlukan suatu studi hazard seismik dan hubungannya dengan intensitas seismik di pulauSumatera dan sekitarnya. Studi ini menggunakan data dukung seperti data katalog gempa bumi, data sesar,data subduksi, data intensitas seismik dan data pga dari rekaman akselerograf BMKG. Berdasarkan hasilstudi hazard seismik, diperoleh beberapa kota besar di Sumatra yang mempunyai hazard seismik tinggiseperti : Banda Aceh, Padang, Bengkulu dan Bandar Lampung. Hasil studi hubungan empiris antara nilaipercepatan tanah maksimum (PGA) rata - rata dan data intensitas seismik (MMI) observasi diperolehrumusan : I (MMI) = 0.008 * PGA (gal) + 3.159. Berdasarkan pendekatan hasil studi sementara wilayahSumatera dengan beberapa hasil penelitian para ahli luar negeri, maka rumusan empiris Wald et al. (1999)mempunyai hasil yang cukup dekat dengan hasil studi pada nilai PGA 0 -200 gal. Sedangkan rumusanempiris Lepolt (2008)untuk nilai PGA 200-1000 gal.Kata kunci : Hazard seismik, Intensitas, PGA, Sumatera

ABSTRACTThe existence of the subduction zone along the west coast and active faults in Sumatra is an active source ofearthquakes. Increased mitigation efforts in the region became an important part of Sumatra. It required astudy of seismic hazard and its relationship with seismic intensity on the island of Sumatra and surroundingareas. This study used data supporting such an earthquake catalog data, data delivery, data subduction,earthquake intensity data and PGA data from recording akselerograf BMKG Based on the results of seismichazard studies, acquired several major cities in Sumatra that have a high seismic hazard such as BandaAceh, Padang, Bengkulu and Bandar Lampung. The results of an empirical study of the relationship betweenrate the value of maximum ground acceleration (PGA) and seismic intensity (MMI) observations obtainedby the formula: I (MMI) = 0008 * PGA (gal) + 3159. Based on the approach to the study while the region ofSumatra by several findings by scientists abroad, then the empirical formulation of Wald et al. (1999) haveresults quite close to the results of studies on the PGA 0 -200 gal. While the empirical formula Lepolt (2008)for the PGA 200-1000 gal.Keywords : Seismic Hazard, Intensity, PGA, Sumatera

Naskah masuk : 10 Juni 2011Naskah diterima : 13 September 2011

STUDI HAZARD SEISMIK DAN HUBUNGANNYA .............................................................................................Edi Santoso dkk.

129Bidang Seismologi Teknik BMKG, Jl Angkasa 1 No.2 Kemayoran Jakarta Pusat 10720Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan Jl Ganesha 10, Bandung 40132

I. PENDAHULUAN1.1. Latar BelakangKejadian alam berupa gempa bumi yangmenghasilkan gerakan tanah dapat menimbulkankerusakan di permukaan bumi dinamakan bahayakegempaan (hazard seismik)1). Kerusakan dipermukaan bumi yang dapat dilihat disebutintensitas seismik. Intensitas seismikmenggunakan skala Modified Mercalli Intensity(MMI), yang ditulis dalam angka romawi antara Idan XII 2). Intensitas seismik dalam studi inidianggap mempunyai hubungan dengan hazardseismik.Lokasi studi dipilih pulau Sumatera, karenapada daerah tersebut sangat rawan terhadap

yang dilakukan oleh para ahli di luar negeridengan hasil model studi di wilayah Sumatera.

1.2.Teori Probabilistik Seismik Hazard AnalysisTeori ini mengasumsikan bahwa magnitudogempa (M) dan jarak (R) sebagai variabel acakindependen yang menerus5). Dalam bentuk umumteori probabilitas total ini dapat dinyatakan sebagaiberikut 5) :

(1)

Dimana :fm = fungsi kepadatan probabilitas (probablitydensity function) dari magnitude.

terjadinya bahaya bencana gempa bumi yang dapat

fr

= fungsi kepadatan probabilitas (probablity

merusak dan menyebabkan kerugian, baikkerugian korban jiwa maupun kerugian material.Seperti contoh gempa Aceh 26 Desember 2004yang diikuti dengan kejadian tsunami. Kejadiangempa pada daerah tersebut disebabkan olehbeberapa sumber gempa. Sumber gempa yangpertama yaitu adanya patahan yang memanjang

density function) dari jarak hiposenter.P [I i | m dan r] = kondisi probabilitas acakintensitas (I) yang melampaui nilai (i) padasuatu lokasi akibat magnitudo gempa (M)dan jarak hiposenter (R).

1.3. Model Sumber Gempa

dari selat Sunda hingga bagian utara pulau

Model sumber gempa sesar

adalah suatu

Sumatera. Patahan Sumatera ini terdiri dari sekitar20 segmen utama3). Sumber gempa kedua adalahzona subduksi di wilayah lepas pantai baratSumatera, karena lempeng (Samudra) Indo-Australia bergerak menunjam ke bawah lempeng(benua) Eurasia. Batas tumbukan dua lempeng inidapat diamati berupa jalur palung laut dalam disebelah barat Sumatera sampai Kep. Andaman.Kecepatan penunjaman lempeng Hindia dibawahSumatera sekitar 50 - 60 mm/tahun dan kemiringandari zona penunjamannya sekitar 12 4).

model sumber gempa yang identifikasinyaberdasarkan geometri atau fault 5). Model sumbergempa subduksi adalah suatu modelseismotektonik yang teridentifikasi dengan baiksehingga dapat dipetakan jalurnya. Denganmenggunakan metode likelihood pada arealsubduksi, didapatkan nilai rate (laju pergerakanlempeng tektonik) dan b-value (gambarankarakteristik tektonik kegempaan dari suatudaerah), serta batas kedalaman area subduksi.Model sumber gempa background adalah suatu

Tujuan dari studi hazard

seismik

dan

model sumber gempa yang dibuat karena adanya

hubungannya dengan intensitas seismik di pulauSumatera adalah :a. Studi pemetaan daerah rawan kegempaan dipulau Sumatera dan sekitarnya dengan metodaanalisis probabilitas hazard seismik (PSHA).b. Penentuan nilai percepatan tanah maksimum(PGA) di batuan dasar pada kota - kota besar diPulau Sumatera dan sekitarnya.c. Membangun hubungan empiris yang dapatdigunakan untuk mengestimasi dengan cepatintensitas seismik di suatu lokasi studi.d. Membandingkan beberapa hasil modelpenelitian hubungan intensitas seismik (MMI)dengan percepatan tanah maksimum (PGA)

suatu kejadian gempa pada suatu daerah namunpada daerah sumber yang ditinjau belum ada dataseismogeniknya.

II. METODE PENELITIAN2.1. DataData yang digunakan dalam studi ini berupadata katalog gempa bumi yang meliputi wilayahSumatra dengan koordinat geografis 100LU -10LS dan 91,7 BT - 106 BT selama kurang lebih46 tahun ,dengan nilai magnitude diatas 5 Mw dankedalaman maksimum pusat gempa 300 Km. Datayang kedua adalah data sesar yang ada di pulau

JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA VOLUME 12 NOMOR 2 - SEPTEMBER 2011: 129 - 136

130

Sumatera yang terdiri dari 20 segmen sesar4). Datayang ketiga adalah data subduksi dangkal yangterdiri dari empat zona yaitu : zona subduksimegathrust andaman Sumatera, zona megathrustM1 (Nias) Sumatra, zona megathrust M2 (Siberut)Sumatra, dan zona megathrust SouthernSumatera6).

2.2. Metodologi2.2.1. Metode DeclusterMetode decluster untuk memisahkan gempautama dari sekumpulan kejadian gempa bumi,dengan mencari kriteria berdasarkan suatu rentangwaktu dan jarak tertentu dari satu kejadian gempabesar 7).

Gambar 1. Diagram Alir Pengolahan Data


131

2.2.2. Metoda Probabilistik Seismik HazardAnalysisMetode ini secara garis besar dapat diuraikanmenjadi empat langkah yaitu 8) :1. Langkah pertama, identifikasi dan karakterisasidari sumber gempa.2. Ground motion akan dihasilkan di suatu siteoleh suatu kejadian gempa bumi dari suatuukuran kemungkinan kejadian di suatu titikkemungkinan dalam masing - masing zonasumber gempa.3. Percepatan maksimum pada suatu lokasi akibatsuatu kejadian gempa bumi ditentukan darifungsi atenuasi.4. Ketidakpastian dari lokasi gempabumi, ukurangempabumi, dan ground motion parameterprediksi dikombinasikan untuk memperolehprobabilitas dari parameter percepatan tanahmaksimum (PGA) yang akan terlampaui padaperiode waktu tertentu.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN3.1. Peta Hazard Gempa Bumi Data KatalogGempa Bumi USGS dan BMKG

Gambar 2. Peta Hazard gempa bumi dari data katalogUSGS

2.2.3. Fungsi - Fungsi

Atenuasi Intensitas

Seismika. Rumusan Gutenberg & Richter9).Untuk wilayah Western USA.MMI = 3,00 log (PGA) + 1,50......(2)b. Rumusan Hershberger10)Untuk wilayah Western USA.MMI = 2,33 log (PGA) + 2,1....................(3)c. Rumusan Trifunac & Brady11)Untuk wilayah Western USA.MMI = 3,33 log (PGA) - 0,47.......................(4)

d. Rumusan Murphy & O'Brien12)Untuk wilayah Western USA, Japan, SouthernEuropeMMI = 2,86 log (PGA) + 1,24..............(5)e. Sauter & Shah13)Untuk wilayah yang tidak diketahui.MMI = 3,62 log (PGA) - 0,90..................(6)f. Wald et al.14)Untuk wilayah California.MMI = 2,20 log(PGA) + 1,00...................(7)g. Lepolt Linkimer 15)Untuk wilayah Costa Rica USA.MMI = 2,30 log(PGA) + 0,92(II < MMI < V)......................................(8)MMI = 3,82 log(PGA) - 1,78(V < MMI < VII)...........................................(9)

Gambar 3. Peta Hazard gempa bumi dari data katalogBMKG

Pada pulau-pulau kecil disekitar bagian baratpulau Sumatera umumnya nilai PGA dari datakatalog BMKG lebih besar bila dibandingkandengan data katalog USGS dengan rentang selisihnilai PGA sekitar 0,2 - 0,3 g. Perbedaan nilai PGAini disebabkan oleh data pada katalog BMKG yangdigunakan hanya berselang waktu 6 tahun.Sedangkan pada data USGS sekitar 37 tahun.Rentang waktu data yang digunakan serta kualitasdata yang digunakan akan mempengaruhiparameter a-b value dan nilai hazard gempa bumiyang dihasilkan. Parameter b menggambarkankarakteristik tektonik kegempaan dari suatu daerahsedangkan nilai a menunjukkan karakteristik data


132

pengamatan yang tergantung pada lamanyapengamatan dan tingkat seismisitas

3.2. Peta Hazard Gempa Bumi dari DataKatalog Gabungan (ANSS, BMKG, EHBdan USGS)

Gambar 6. Peta selisih percepatan tanah maksimum(PGA) di batuan dasar antara data SNI danstudi.

Selisih terbesar antara nilai PGA SNI 2010dengan nilai PGA hasil studi pada wilayah segmen

Gambar 4. Peta Hazard gempa bumi dari data kataloggabungan

Nilai percepatan tanah maksimum (PGA) dibatuan dasar paling tinggi sekitar lebih besar dari0,6 g terjadi di pulau Nias dan daerah yang beradatepat diatas sesar Angkola, sesar Barumun, sesarSumpur, sesar Sianok, sesar Sumani, sesar Suliki,sesar Manna. Hal ini disebabkan oleh aktifitas

Megathrust. Nilai PGA mempunyai rentang antara0,05 g hingga 0,6 g. Sedangkan untuk di pulauSumatera perbedaannya tidak terlalu signifikandengan maksimum perbedaan kurang dari 0,05hingga 0,15 g.

3.4. Kurva Hazard Pada Beberapa Kota Besar diIndonesia

sumber gempa bumi sesar, background maupunsubduksi. Aktifitas ketiga sumber ini dapat terlihatpada kurva hazard disekitar wilayah tersebut.

3.3. Perbandingan Hasil Studi denganPenelitian Sebelumnya

Gambar 7. Kurva hazard di batuan dasar kota Aceh

Sumber gempa bumi yang mempuyai lajukejadian pertahun (annual rate of exceedance)terbesar adalah sumber gempa bumi shallowbackground. Jika dilihat dari segi hazard gempa

Gambar 5. Peta SNI 2010 untuk periode 0.05 detikperiode ulang 500 tahun16).

bumi pada batuan dasar, maka kontribusi darisumber gempa sesar adalah yang paling besar.


133

3.5. Pembuatan Fungsi Intensitas SeismikObservasi (MMI) dengan PercepatanTanah Maksimum (PGA) RekamanAccelerograph BMKG Hasil rumusan empiris antara Intensitas(MMI), magnitudo dan jarak site ke hiposentermax.300 Km untuk kedalaman sumber gempa 40 Km 17), yaitu:I(MMI) = 0,910*Mag + 26,620*( ) -2,195...................................... (10) Hasil rumusan empiris antara Intensitas(MMI), magnitude dan jarak site ke hiposentermax. 300 Km untuk kedalaman sumber gempa 40 Km 17), yaitu:I(MMI) = 1,144*Mag + 58,069*( ) -3,569.................. (11)Dimana :I (MMI) = Intensitas Seismik (MMI).

probabilitas untuk kemungkinan terlampaui 10%dalam 50 tahun atau setara dengan periode ulang500 tahun. Hal ini dikarenakan nilai PGAprobabilitas mempunyai kemungkinan terlampaui10% dalam 50 tahun atau setara dengan periodeulang 500 tahun.

Mag

= Magnitudo (SR).

R

= Jarak dari site ke hiposenter (Km).

Persamaan 10 dan 11, akan digunakan sebagai

Gambar 8. Peta intensitas seismik wilayah Sumateraperiode ulang 500 tahun dari rumusan hasilstudi.

suatu model Intensitas yang mewakili daerah studi.

3.6. Rumusan Empiris Hasil Studi AntaraI n t e n s i t a s d a n P e rc e p a t a n Ta n a hMaksimum Wilayah SumateraNilai dari intensitas seismik dari modelpersamaan 10 dan 11, akan dihubungkan dengannilai percepatan tanah maksimum hasil rekamanalat akselerograf. Hubungan empiris dari intensitasseismik dan nilai percepatan tanah maksimumseperti pada persamaan dibawah ini:

I(MMI) = 0,008*PGA + 3,159........ (12)Dimana :

I (MMI) = Intensitas (MMI)PGA = Percepatan tanah maksimum (gal)

3.7. Pengolahan Intensitas Seismik (MMI)Pembuatan peta intensitas dengan memasukannilai PGA yang didapatkan dengan menggunakanmetode PSHA. Hasil keluaran dengan metodePSHA berupa grid dan nilai PGA wilayah studiseperti pada Gambar 4. Hasil nilai PGA tersebutkemudian di masukan kedalam persamaan 12 yangnantinya akan diinterpolasikan antar titiknyasehingga didapatkan Gambar 8 dan 9. Petaintensitas yang dihasilkan merupakan peta

Gambar 9. Peta intensitas seismik wilayah Sumateraperiode ulang 500 tahun dari tabel Bolt18).

Perbedaan antara peta intensitas seismik(MMI) wilayah Sumatera untuk periode ulang 500tahun dari hasil studi dengan hasil konversi tabelBolt18) mempunyai selisih nilai intensitas seismiksekitar II MMI hingga III MMI.

3.7. Pendekatan Rumusan Empiris Hasil Studidengan Bermacam Hasil Para AhliPendekatan antara hasil studi dengan hasilpenelitian para ahli dengan memasukan nilai PGA


134

tertentu kedalam persamaan studi dan para ahli.Dari nilai intensitas yang dihasilkan masing -masing rumusan akan didekati dengan metode ujistatistik. Dari hasil pendekatan didapatkan nilaiintensitas seismik (MMI) range 10 - 200 gal lebih

mendekati rumusan empiris dari Wald et al14). Danuntuk range 250 - 1000 gal lebih mendekatirumusan empiris dari Lepolt15). Hal ini terlihat padatabel 1. Nilai intensitas pada tabel 1 berdasarkanrumusan pada persamaan 2 sampai 9.

Tabel 1.Hasil model studi dengan beberapa hasil model penelitian para ahli di luar negeri

NilaiIntensitas

IV. KESIMPULANa. Perbandingan nilai PGA di batuan dasar untukdata BMKG wilayah Sumatera lebih lebih besarbila dibandingkan dengan menggunakan dataUSGS. Karena data BMKG mempunyai selangwaktu 6 tahun. Sedangkan data katalog USGSmempunyai selang waktu 37 tahun.b. Nilai PGA di batuan dasar untuk data katalogUSGS dan BMKG wilayah Sumatera untukperiode ulang 500 tahun mempunyai selisihnilai sekitar 0,25 - 0,5 g. Hal ini disebabkan olehsebaran kejadian dan jumlah data gempa antarakedua katalog berbeda yang dapatmempengaruhi penggambaran karakteristiktektonik kegempaan (b value) dan keaktifanseismisitas yang berbeda juga.c. Perbandingan perhitungan nilai PGA di batuandasar wilayah Sumatera untuk periode ulang500 tahun antara hasil studi dengan peta SNI2010 menunjukkan bahwa nilai dari kedua petahazard gempa bumi memiliki pola kemiripanpada wilayah pulau Sumatera bagian timur.

Kecuali pada beberapa selisih nilai di bagianbarat pulau Sumatera dengan selisih sekitar 0,0g - 0,1 g. Dan untuk wilayah segmen Megathrustterdapat beberapa perbedaan nilai PGA yangberkisar antara 0,0 - 0,2 g untuk daerah di luarpusat segmen Megathrust dan hingga mencapai0,6 pada bagian dalam dari segmen. Perbedaanini disebabkan oleh faktor pertama yaitupenentuan parameter a-b value Faktor yangkedua rentang waktu pengambilan data.d. Nilai PGA di batuan dasar pada kota - kota besardi pulau Sumatera hasil studi seperti kota BandaAceh sekitar 0,35 g, Medan 0,15 g, Pekanbaru0,1 g, Padang 0,3 g, Muara Bungo 0,1 - 0,15 g,Kuala Tungkal < 0,05 g, Palembang 0,05 - 0,1 g,Bengkulu 0,25 - 0,3 g, Bandar Lampung 0,25 g.e. Dari hasil kurva hazard pada kota Aceh.Kontribusi hazard dari sumber gempa sesar,shallow dan deep background cukup besar.f. Berdasarkan nilai-nilai PGA dari hasil studi,mengindikasikan ada beberapa kota besar dipulau Sumatera yang sangat rentan terhadap


135

gempa bumi seperti kota Banda Aceh, Padang,Bengkulu, dan Bandar Lampung.g. Hasil hubungan empiris yang dapat digunakanuntuk mengestimasi dengan cepat atenuasiintensitas seismik (MMI) di lokasi wilayahSumatera yaitu:I (MMI) = 0,008 * PGA (gal) + 3,159

h. Perbandingan hasil peta intensitas untukperiode ulang 500 tahun antara hasil studi dantabel MMI Bolt. Mempunyai selisih antara II

8)

9)

Sequence of Earthquake in SouthernCalifornia, With Aftershocks Removed.Bulletin of Seismological Society ofAmerica, 64, 1363-1367.

Issues and Insight. New York: ColumbiaUniversity Press.

Magnitude, Intensity, Energy, andAcceleration. Bulletin of SeismologySociety of America, 32, 163-191.

MMI hingga III MMI. Hal ini disebabkan oleh

10)

Hershberger, J. (1956). A Comparison of

kondisi wilayah Sumatera yang belum tentusama dengan kondisi wilayah dimana tabeltersebut dibuat.i. Berdasarkan pendekatan hasil model studiwilayah Sumatera dengan beberapa hasil modelpenelitian para ahli di luar negeri. Didapatkanrumusan para ahli yang mendekati dengan hasilstudi yaitu rumusan empiris Wald et al14) dengannilai PGA 0-200 gal, sedangkan untuk nilai PGA200-1000 gal yaitu rumusan empiris Lepolt15).Hal ini disebabkan oleh kemiripan kondisitektonik di wilayah penelitian Wald et al.14) danLepolt15).

V. Daftar Pustaka1)

11)

12)

13)

Earthquake Accelerations With IntensityRating. Bulletin of Seismological Society ofAmerica. 46, 317-320.

Correlation of Seismic Intensity Scale Withthe Peaks of Recorded Strong GroundMotion. Bulletin of the SeismologicalSociety of America, 65, 139-162

Correlation of Peak Ground AccelerationAmplitude With Seismic Intensity and OtherPhysical Parameters. Bulletin of theSeismological Society of America, 67, 877 -915.

Seguro Contra Terrremoto, Franz Sauter y

2)

3)

ITB.

Francisco: Freeman.

Tsunami di Sumatra dan Upaya untukMengembangkan Lingkungan Hidup yang

14)

Asociados Ltda. San Jose : Costa Rica.Wald, D.J, Quitoriano, V., Haeaton, T.H.,Kanamori, H. (1999). Relationship BetweenPeak Ground Acceleration, Peak groundVelocity, and Modified Mercalli Intensity inCalifornia. Earthquake Spectra, 15, 557-

Aman Dari Bencana Alam.

Symposium.

564.

4)

ITB : Bandung.

Sumatran Fault Zone : from source to hazard.Journal of Earthquake and Tsunami. 1(1),

15)

Ground Acceleration and Modified MercalliIntensity In Costarica. Revista Geologica deAmerica Central, 38, 81-94.

5)

21-47.

16)

Irsyam, M., Sengara, I.W., Aldiamar, F.,Widiyantoro, S., Triyoso, W., Natawidjaja,

6)

7)

Analysis . Colorado: EarthquakeEngineering Research Institute.

Indonesia Untuk Perencanaan StrukturBangunan Tahan Gempa Dengan ModelSumber Gempa Tiga Dimensi DalamAnalisa Probabilitas. Draft DisertasiProgram Studi Teknik Sipil, ITB.

17)

18)

D.H. et al., 2010. Ringkasan Hasil Studi TimRevisi Peta Gempa Indonesia 2010.Bandung.

Seismik. Tugas Akhir, ITB: Bandung.

Intensity Scale, Earthquake - Newly Revisedand Expanded, Appendix C, W.H. Freemanand Co.


136Reiter, L. (1990). Earthquake Hazard Analysis-Guttenberg, B. & Richter C.F. (1942). EarthquakeTrifunac, M.D and Brady, A.G. 1975. On TheMurphy J.R, & O'Brien, L.J. (1977). TheAfnimar. (2009). Seismologi, Bandung: PenerbitSauter, F., & Shah, H.C. (1978). Estudio deRichter, C.F. (1958). Elementary Seismology. SanNatawidjaja, D.H. (2007). Gempa Bumi danNatawidjaja, D.H., & Triyoso, W. (2007). TheLepolt, L.. (2008). Relationship Between PeakMcGuire, R.K. (2004). Seismic Hazard and RiskAsrurifak, M. (2010). Peta Respon SpektraWidiyantoro, S. (1986). Atenuasi IntensitasBolt, B.A. (1993). Abridged Modified MercalliGardner, J.K., &Knopoff, L. (1974). Is The

dokumen 2748 volume 12 nomor 2 september 2011 studi hazard seismik dan hubungannya dengan intensitas...

Documents