PENELITIAN GEOLOGI GEOFISIKA DI PULAU SIMEULUE DALAM UPAYA MITIGASI BENCANA GEMPABUMI

Transkripsi

1 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia PENELITIAN GEOLOGI GEOFISIKA DI PULAU SIMEULUE DALAM UPAYA MITIGASI BENCANA GEMPABUMI Lina Handayani 1, Nugroho Dwi Hananto 1, Titi Anggono 2, Syuhada 2, Karit L. Gaol 1, ABSTRAK dan Sonny Aribowo 3 1 Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI, Jl. Sangkuriang, Bandung Pusat Penelitian Fisika LIPI, Puspiptek Serpong, Tangerang UPT Loka Uji Teknik Penambangan dan Mitigasi Bencana LIPI, Liwa, Lampung Barat lina@geotek.lipi.go.id Pulau Simeulue terletak tepat di daerah dengan tektonik yang sangat aktif. Gempabumi besar sangat sering terjadi di sekitarnya. Dalam usaha pengurangan resiko bencana gempabumi di pulau ini, diperlukan pemetaan daerah bahaya yang detil. Untuk itu, survey lapangan ke Pulau Simeulue dilakukan untuk mendapatkan data geologi, pengukuran gayaberat dan pengukuran seismik perioda pendek (short period). Data-data tersebut digunakan dalam menetapkan karakteristik respon seismik. Kemudian analisa bahaya kegempaan untuk Pulau Simeulue berupa pemetaan percepatan tanah puncak (peak ground accereation) dihitung dengan menambahkan faktor karakter lokal tersebut. Hasil perhitungan percepatan tanah puncak menunjukkan tingkat bahaya yang relatif lebih tinggi di daerah pesisir sisi barat Pulau Simeulue. Namun perlu dicatat bahwa sesungguhnya secara keseluruhan Pulau Simeulue berada pada tingkat percepatan tanah yang sangat tinggi. Kata kunci: pengurangan resiko bencana, gempabumi, percepatan tanah puncak, Pulau Simeulue, respon seismik. ABSTRACT Simeulue Island is located right within a very active tectonic area. Large earthquakes are very common. An earthquake disaster risk reduction effort for this island requires a detail hazard map. For that purpose, a field survey to Simeulue Island was conducted to obtain geological, gravity and short period seismic data. Those data were used to determine the local seismic response characteristics. Then, the seismic hazard analysis was calculated by including the local characteristic variables. The resulted map of peak ground acceleration indicated the highest level of acceleration at the west coast of the island. Whereas actually the whole island of Simeulue has very high peak ground acceleration. Keywords: disaster risk reduction, earthquake, peak ground acceleration. Simeulue Island, seismic response, PENDAHULUAN Pulau Simeulue merupakan salah satu pulau yang terbentuk di bagian barat pulau Sumatera, yang merupakan prisma akresi dari zona subduksi Busur Sunda. Pulau-pulau kecil di sepanjang sisi barat Sumatera ini berkaitan erat dengan proses tumbukan Lempeng Hindia dan Lempeng Eurasia. Salah satu proses tumbukan tersebut menyebabkan terangkatnya batuan sedimen yang tercampur dengan batuan beku dan malihan yang berasal dari kerak kedua lempeng jauh di bawah permukaan. Oleh sebab itu, posisi Pulau Simeulue yang berada di bagian utara busur muka Sumatera sangat dipengaruhi oleh aktifitas tektonik yang sangat aktif. Gambar 1 menunjukkan distribusi episenter (sumber gempabumi) di sekitar Pulau Sumatera dari data kejadian gempabumi yang telah di relokasi (Pesicek et al., 2010). Tampak bahwa sebaran 121

2 ISBN: episenter tersebut tidak merata di sepanjang pulau. Zona-zona keaktifan dapat dikelompokkan berdasarkan kerapatan titik-titik episenter. Pulau Simeulue sendiri terletak pada zona yang sangat aktif. Episenter-episenter kejadian gempabumi tidak saja sangat rapat di sisi barat Pulau Simeulue, tetapi juga sangat tinggi frekuensinya di sisi timur pulau, di sepanjang busur muka Sumatera bagian utara. Daerah ini merupakan zona seismogenik yaitu bagian dari sesar naik yang terkoyakkan saat terjadi gempabumi (Byrne et al., 1988) dan perlu diwaspadai karena merupakan sumber gempabumi megathrust yang dapat menimbulkan tsunami. Pulau Simeulue termasuk daerah yang tertimpa musibah bencana gempabumi dan tsunami saat gempabumi besar melanda Aceh pada tanggal 26 Desember Gempabumi besar juga berulang tidak lama setelah itu, yaitu pada tanggal 28 Maret Peta bahaya gempabumi regional Indonesia yang disusun oleh Tim 11 (Irsyam et al., 2010) menunjukkan bahwa Pulau Simeulue Gambar 1. Peta seismisitas Pulau Sumatera dan sekitarnya. Tampak bahwa Pulau Simeulue (dalam kotak kuning) terletak pada zona seismisitas tinggi. terletak pada daerah dengan tingkat bahaya yang sangat tinggi. Namun sebagai dasar dalam usaha pengurangan resiko bencana di Pulau Simeulue, diperlukan pemetaan daerah bahaya yang lebih detil. Untuk itu diperlukan analisa lokal atau mikrozonasi. Dalam penelitian ini analisis bencana seismik untuk Pulau Simeulue dilakukan dengan menggunakan pendekatan DSHA (Deterministic Seismic Hazard Analysis), dimana diterapkan satu skenario aktifitas sumber seismik dan karakter respon seismik lokal untuk klasifikasi kemungkinan 122

3 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia percepatan tanahnya. Beberapa survey geofisika-geologi dilakukan untuk menentukan karakter lokal dalam merespons gelombang seismik. Gambar 2. Survey lapangan ke Pulau Simeulue terdiri dari 3 sub kegiatan: seismik perioda pendek (A), gayaberat (B) dan geologi (C). METODE PENELITIAN Untuk mempelajari sifat atau respon tanah lokal terhadap goncangan seismik, telah dilakukan tiga survey lapangan yaitu survey geologi, gayaberat dan seismik perioda pendek (Gambar 2). Total kegiatan lapangan berlangsung selama 12 hari termasuk perjalanan. Penyelidikan geologi dilakukan di 51 stasiun pengamatan, termasuk 5 pengamatan tanah penutup pada lokasi pemasangan alat seismometer dan 11 lokasi pengamatan geomorfologi. Pengukuran gayaberat dilakukan dengan menggunakan Gravimeter LaCoste & Romberg milik Puslit Geoteknologi LIPI. Selama 10 hari efektif di Pulau Simeulue, telah berhasil terkumpul data gayaberat dari 171 titik (Gambar 3). Dan dengan tiga set alat seismik perioda pendek model EOS-PSN16-MS, telah dilakukan pengukuran seismik selama sepuluh hari. Stasiun-stasiun seismik tersebar sedemikian untuk memperoleh data yang dapat mewakili Pulau Simeulue. Hasil ketiga penelitian itu digunakan sebagai dasar asumsi sifat tanah/batuan lokal dalam perhitungan percepatan tanah maksimum (peak ground acceleration-pga). Adapun pergerakan tanah maksimum tersebut dihitung dengan menggunakan persamaan Boore 1997 (dari Douglas, 2001): 2 log Y b b2 ( M 6) b3 ( M 6) b4r b5 log r bv (logv s30 logv dengan 1 A r d 2 h 2, d adalah jarak episenter, M adalah magnituda gempa, Vs30 adalah kecepatan gelombang S pada kedalaman 30 m dan Y adalah pergerakan tanah horisontal dalam satuan g. HASIL DAN PEMBAHASAN Survey Geologi Peta-peta geologi yang diterbitkan Badan Geologi (Endharto dan Sukido, 1995; Aldiss dkk., 1993) memperlihatkan bahwa batuan utama penutup pulau adalah batuan sedimen berumur tersier. Sebagian kecil area, terutama di sisi pantai, merupakan batuan sedimen berumur kuarter. Sedangkan struktur terutama didominasi oleh struktur berarah baratlaut tenggara. Penelitian geologi daerah Simeulue dilakukan untuk pemetaan geologi yang lebih baik. Penyelidikan juga terutama ditujukan ) 123

4 ISBN: untuk menemukan serta mengungkap sejarah kehadiran aktifitas terobosan batuan dari bawah permukaan menuju permukaan baik berupa mud diapir atau volcanic diapir. Pencarian sampel difokuskan pada penemuan material batuan produk magmatik, batuan metamorf, serta prosesproses ikutan yang menyertainya, seperti kemungkinan pembentukan mineralisasi atau hasil kegiatan magmatik lainnya. Satu hal penting yang teramati adalah berlimpahnya singkapan batulumpur di Teupah Selatan yang Gambar 3. Topografi Pulau Simeulue dengan lintasan pengukuran gayaberat (titik biru tua) serta stasiun seismik periode pendek (segitiga). terletak di bagian selatan Pulau Simeulue. Batulumpur tersebut ada yang tersingkap berselangseling dengan batupasir, ada yang berupa matriks, ada juga berupa batulumpur yang telah terubah. Gayaberat Peta anomali gayaberat Bouguer (Gambar 4) diperoleh dari pengkonturan data anomali pada stasiun pengamatan di sepanjang pantai Pulau Simeulue. Tampak bahwa anomali tinggi terdapat di utara dan di sisi timur bagian tengah pulau. Dan anomali sangat rendah terdapat di bagian selatan Pulau Simeulue. Perubahan anomali dari sisi barat laut ke tenggara menyerupai pelana dengan bagian lembah pelana (anomali rendah) terletak di sekitar garis bujur 96o dengan arah utara-selatan. Boleh jadi terdapat satu struktur besar yang membelah bagian barat laut dan tengah Pulau Simeulue. Sementara bagian selatan pulau dengan anomali yang sangat rendah merupakan anomali besar yang mungkin merupakan bagian lain dari pulau, yang terbentuk melalui proses berbeda. 124

5 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia Gambar 4. Peta Anomali Gayaberat Bouguer Pulau Simeulue. Seismik Perioda Pendek Rekaman seismik ambient kontinyu dianalisa dengan menggunakan metoda rasio horisontal terhadap vertikal (h/v ratio) dari Nakamura (1989). Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak GEOPSY ( Data selama satu jam dipilih dari keseluruhan perekaman yang diasumsikan bebas dari gangguan instrumen dan sinyal gempabumi. Data selama satu jam tersebut digunakan untuk menghitung rata-rata rasio H/V dan standar deviasinya. Berdasarkan hasil perhitungan rasio H/V dan dengan menggunakan perangkat lunak ModelHVSR (Herak, 2008) diperoleh model struktur bawah permukaan dengan sifat fisik beberapa lapisan pada setiap titik stasiun. Tabel 1 berisikan rata-rata dari nilai Vs untuk setiap stasiun pengamatan. Nilai Vs pada masing-masing stasiun tersebut menjadi masukan tambahan dalam perhitungan percepatan tanah maksimum (peak ground acceleration). Tabel 1. Nilai Vs rata-rata untuk kedalaman hingga 30 m dari model struktur inversi pengukuran H/V. Stasiun v s (m/s) BATU LABU MAUD LUAN PUTR DEHI LFAK LEWK

6 ISBN: Percepatan Pergerakan Tanah Pemetaan mikrozonasi Pulau Simeulue dilakukan berdasarkan satu skenario kejadian gempabumi yang sumbernya terletak di titik 96 o BT dan 3 o LU, kedalaman 30 km dan magnituda M 8. Perkiraan nilai Vs dilakukan berdasarkan satuan litologi yang dikemukakan oleh Wills et al. (2000) yang membagi satuan geologi menjadi tiga kelompok utama yaitu batuan keras (B), lunak (C) dan aluvial (D). Batuan beku dikelompokkan sebagai batuan keras. Batuan sedimen dikelompokkan ke dalam kelompok batuan lunak. Tetapi batuan sedimen muda dikelompokkan sebagai CD. Perkiraan kecepatan Vs untuk Pulau Simeulue juga ditambah oleh data hasil perhitungan data seismik (Tabel 1). Pengamatan geologi dan gayaberat menunjukkan rendahnya densitas di bagian selatan Pulau Simeulue sehingga hampir keseluruhan daerah tersebut digolongkan pada batuan lunak. Perhitungan percepatan gerakan tanah maksimum (peak ground acceleration) dengan skenario tersebut di atas menghasilkan peta percepatan gerakan tanah seperti yang ditampilkan dalam Gambar 5. Gambar 5. Percepatan gerakan tanah dengan skenario gempabumi terjadi pada zona seismogenik di sisi timur Pulau Simeulue (bintang merah), dengan kedalaman 30 km dan Magnituda 8. Peta percepatan tersebut menggambarkan besar percepatan gerakan tanah yang merupakan respon dari getaran gempabumi. Satuan nilai yang digunakan adalah g (= 9,8 m/det 2 ). Percepatan pada umumnya sangat tinggi (di atas 0,7 g) yang berarti guncangan akan terasa kuat di semua titik pada Pulau Simeulue dan dapat menyebabkan kerusakan sedang hingga sangat berat. Percepatan gerakan tanah maksimum yang tertinggi terutama dialami daerah pantai yang tersusun oleh endapan aluvial. Daerah yang mengalami percepatan lebih rendah adalah daerah di sisi timur pulau. Perlu diamati 126

7 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia bahwa sumber gempabumi terletak di utara pulau sedangkan daerah dengan nilai percepatan tinggi terletak di pantai barat. Hal tersebut menunjukkan bahwa faktor kekuatan batuan sangat mempengaruhi respon seismik di setiap tempat. KESIMPULAN Penelitian ini merupakan integrasi beberapa sub-penelitian yang memiliki tujuan untuk mendapatkan data sebagai masukan guna mengurangi resiko bencana gempabumi di Pulau Simeulue. Pengukuran gayaberat, seismik periode pendek dan survey geologi dilakukan untuk memperoleh data respon tanah lokal terhadap goncangan seismik. Informasi dari hasil survey tersebut diterapkan dalam perhitungan percepatan tanah puncak (peak ground accereation) yang dapat menggambarkan tingkat resiko akibat goncangan gempabumi. Secara keseluruhan, daratan Pulau Simeulue mendapatkan percepatan tanah maksimum yang sangat tinggi (di atas 0.7 g). Peta percepatan yang diperoleh menunjukkan bahwa tepi pantai barat Pulau Simeulue, walaupun terletak di sisi terjauh dari sumber gempabumi, merupakan daerah dengan percepatan tanah tertinggi karena batuan penutupnya yang merupakan lapisan batuan lunak (aluvial Kuarter). UCAPAN TERIMAKASIH Penelitian ini dibiayai oleh Sub Kegiatan Kompetitif LIPI Bidang Kebencanaan dan Lingkungan, tahun anggaran ( ). DAFTAR PUSTAKA Aldiss, D.T., Whandoyo, R., Ghazali, S.A., dan Kusyono, Peta Geologi Lembar Sidikalang dan Sebagian Sinabang, Sumatra. Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, Bandung. Byrne, D.E., Davis,D., M. Sykes., L.R., Loci and Maximum size of Thrust Earthquakes and the Mechanics of the Shallow Region of Subduction Zones, Tectonics, Vol. 7, No. 4, P: Douglas, J., A comprehensive worldwide summary of strong motion attenuation relationships for peak ground acceleration and spectral ordinates (1969 to 2000). ESEE Report No , Imperial College, UK. Endharto, M. dan Sukido, Peta Geologi Lembar Sinabang, Sumatra. Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, Bandung. Herak, M., ModelHVSR A Matlab tool to model horizontal-to-vertical spectral ratio of ambient noise. Computers & Geosciences, 34(11), doi: / j.cageo Irsyam, M., W. Sengara, F. Aldiamar, S. Widiyantoro, W. Triyoso, D. H. Natawidjaja, E. Kertapati, I. Meilano, Suhardjono, M. Asrurifak, M. Ridwan, Ringkasan Hasil Studi Tim Revisi Peta Gempa Indonesia, Laporan, AIFDR. 127

8 ISBN: Nakamura, Y., A Method for Dynamic Characteristics Estimation of Subsurface using Microtremor on the Ground Surface. Quarterly Report of Railway Technical Research Institute, 30(1), Pesicek, J. D., C. H. Thurber, H. Zhang, H. R. DeShon, E. R. Engdahl, and S. Widiyantoro, Teleseismic double-difference relocation of earthquakes along the Sumatra-Andaman subduction zone using a 3-D model, Journal of Geophysical Research, 115, B Wills, C.J. M. Petersen, W.A. Bryant, M. Reichle, G.J. Saucedo, S. Tan, G. Taylor, and J.,Treiman, A site conditions map for California based on geology and shear wave velocity. Bull. Seism. Soc. Am. 90, S187-S