Analisa Resiko Gempa di Pengeboran Minyak Tiaka Field (Helmy D)
69
Analisa Resiko Gempa Kasus : Proyek Pengeboran Minyak Di Tiaka Field Helmy Darjanto, Ir, MT ABSTRAK Tiaka field terletak di zona gempa subduksi Sulawesi Utara maupun sesar-sesar dangkal Palu-Koro yang memiliki aktifitas seismik yang cukup tinggi. Dari record data gempa tahun 1970 – 2000 zona tersebut di atas terhadap lokasi Tiaka didapat magnitude rata-rata, kedalaman rata-rata dan radius rata-rata masingmasing sebesar 6.1, 55 km dan 298 km. Di Tiaka Field ini akan dibangun areal reklamasi untuk pengeboran minyak. Oleh karena area tersebut termasuk zona gempa tinggi maka diperlukan analisa resiko gempa. Hasil dari anlisa tersebut menyatakan bahwa perlu diperhatikan keberadaan struktur pengeboran terhadap percepatan gempa yang terjadi. Kata kunci: zona gempa tinggi, resiko gempa.
PENDAHULUAN Tiaka field terletak di zona gempa subduksi Sulawesi Utara maupun sesar-sesar dangkal Palu-Koro yang memiliki aktifitas seismik yang cukup tinggi. Dari record data gempa tahun 1970 – 2000 zona tersebut di atas terhadap lokasi Tiaka didapat magnitude rata-rata, kedalaman rata-rata dan radius rata-rata masing-masing sebesar 6.1, 55 km dan 298 km. Gambar 1 memperlihatkan data gempa dan lokasi Tiaka.
Gambar 1. Data Gempa Lokasi Tiaka Di lokasi Tiaka tersebut akan dibangun area reklamasi untuk pengeboran minyak. Oleh karenanya diperlukan anlisa resiko gempa. Resiko Gempa. Peristiwa gempa merupakan suatu peristiwa acak yang tidak dapat diramalkan secara tepat baik waktu, besar dan lokasinya. Analisa kegempaan hanya dapat dilakukan dengan memperkirakan berapa probabilitas terjadinya gempa di suatu daerah dengan intensitas tertentu selama periode ulang tertentu. Probabilitas ini mencerminkan terjadinya resiko gempa. Resiko gempa (RN) adalah kemungkinan terjadinya suatu gempa dengan intensitas (percepatan, kecepatan, lamanya
70
NEUTRON, Vol.5, No. 1, Februari 2005
goncangan) serta perioda ulang rata-rata tertentu, selama suatu masa guna (lifetime) bangunan. Dalam analisis resiko gempa dikenal pula resiko tahunan (RA).Perioda ulang rata-rata (T) dari suatu intensitas merupakan perbandingan terbalik dari resiko tahunan. T
1 RA
(1)
Resiko yang akan dicari untuk suatu jangka waktu yang pasti biasanya dihubungkan dengan umur bangunan yang ditinjau. Dengan asumsi bahwa resiko-resiko dalam tahun-tahun yang berurutan tidak saling bergantungan, maka hubungan antara resiko per tahun (RA) dan resiko dalam jangka waktu N tahun (RN) dapat dinyatakan sebagai berikut : (2) R N 1 (1 R A )N Berdasarkan besarnya waktu perioda ulang rata-rata ataupun resiko tahunan, Federation Internationale de la Precontrainte (FIP, 1977) telah membuat klasifikasi tingkatan beban gempa kedalam tiga kategori, yaitu : 1. Sedang, dengan waktu ulang rata-rata 10 - 20 tahun. 2. Kuat, dengan waktu ulang rata-rata 50 - 100 tahun. 3. Sangat kuat, dengan waktu ulang rata-rata 100 - 500 tahun. Analisis Resiko Gempa Model Gumbel. Model Gumbel (point source) adalah teorema probabilitas total yang berkaitan dengan nilai ekstrim. Model tersebut merupakan model statistik jenis I atau lebih dikenal dengan Distribusi Gumbel. Dengan distribusi tersebut, akan ditentukan peak ground acceleration (PGA) Tiaka field untuk berbagai periode ulang. Pengaruh dari setiap kejadian gempa pada titik yang ditinjau ditentukan dalam bentuk percepatan dengan menggunakan fungsi-fungsi atenuasi, dengan asumsi bahwa masing-masing kejadian gempa adalah independen terhadap titik tersebut. Distribusi gempa menurut Gumbel : .e M ;M
G(M) e
0
(3)
dimana : = jumlah gempa rata-rata per tahun, = parameter yang menyatakan hu-bungan antara distribusi gempa dengan magnitude, M = momen magnitude gempa.
Fungsi Atenuasi. Analisis resiko gempa memerlukan nilai percepatan tanah akibat gempa. Pada analisis resiko gempa apabila lokasi yang ditinjau tidak mempunyai data rekaman gempa, maka untuk memperkirakan besarnya percepatan maksimum tanah digunakan fungsi atenuasi. Yang dimaksud dengan fungsi atenuasi adalah suatu fungsi yang menggambarkan korelasi antara intensitas gerakan tanah setempat (i) dan magnitude (M) serta jarak (R) dari suatu sumber titik dalam daerah sumber. Fungsi atenuasi merupakan alat yang penting dalam implementasi resiko kegempaan dalam perencanaan bangunan tahan gempa. Faktor-faktor yang mempengaruhi fungsi atenuasi adalah sebagai berikut : 1. Mekanisme Gempa. Gempa-gempa besar biasanya terjadi karena pergeseran tibatiba lempeng tektonik yang mengakibatkan terlepasnya enerji yang sangat besar.
Analisa Resiko Gempa di Pengeboran Minyak Tiaka Field (Helmy D)
71
Pergeseran lempeng tektonik ini bisa terjadi pada daerah subduction, ataupun pada patahan yang tampak di permukaan bumi. Gempa yang terjadi pada daerah subduction biasanya merupakan gempa dalam yang mempunyai kandungan frekwensi yang berbeda dengan gempa dangkal. Oleh karena itu sebagaimana yang diusulkan oleh Idriss (1991), rumus-rumus atenuasi untuk gempa subduction harus dipisahkan dari gempa strike slip. 2. Jarak Episenter. Respon spektrum dari gempa yang tercatat pada batuan mempunyai bentuk yang berbeda tergantung jarak episenternya (near, mid dan far field). Jitno et. Al (1995) menyajikan hasil analisis gempa Loma Prieta, yang dilakukan Mohraz (1992), yang memperlihatkan adanya pengaruh jarak episenter terhadap bentuk respon spektra. 3. Kondisi Tanah Lokal. Juga mempunyai peran yang sangat penting dalam menentukan respon suatu daerah terhadap gelombang gempa. Respon gempa yang tiba di batuan dasar bisa diperkuat, diperlemah atau berubah kandungan frekwensinya karena tersaringnya getaran berfrekwensi tinggi. Ada beberapa fungsi atenuasi yang telah dikembangkan, diantaranya fungsi atenuasi Joyner & Boore (1981, 1988), Crouse (1991), Fukushima & Tanaka (1992), Sadigh (1997), dan lain-lain. Fungsi-fungsi atenuasi tersebut diturunkan berdasarkan data pengamatan kegempaan dimasa lalu dengan memakai metoda penyesuaian kuadrat terkecil terhadap data pengamatan tersebar. Joyner & Boore (1988). Fungsi atenuasi yang diperoleh oleh Joyner & Boore adalah fungsi atenuasi untuk percepatan horizontal maksimum, kecepatan horizontal maksimum. Fungsi ini menggunakan data dari North America dan pertama kali dipublikasikan pada tahun 1981. Khusus untuk percepatan horizontal maksimum, persamaan yang diusulkan oleh Joyner & Boore adalah : (4) a 10 0.43 0.23 MW 6 log r 0.0027.r r
r0 2 8 2
(5)
dimana : = momen magnitude, a = percepatan (g), MW = jarak terdekat dari lokasi ke pro-yeksi vertikal dari gempa akibat aktifitas patahan pada permukar0 an tanah (km)
Crouse (1991). Fungsi atenuasi yang diturunkan oleh Crouse berdasarkan data gempa dengan mekanisme subduction yang diambil dari zona subduction Cascadia Pasifik Utara bagian barat dengan karakteristik percepatan arah horizontal dan damping 5 %. Persamaan yang diperoleh dari analisis data tersebut adalah : a e
(11.5 0.657.M 2.09. ln R 63.7.e 0.128.M 0.00397.h
(6) dimana : a = percepatan (g), M = magnitude gempa, R = jarak terdekat dari lokasi ke sum-ber gempa (km), H = kedalaman fokus (km).
Fukushima & Tanaka (1992). Fungsi atenuasi ini dikembangkan untuk percepatan maksimum horizontal yang berlaku untuk sumber gempa disekitar Jepang. Rumusan fungsi atenuasi yang dihasilkan adalah :
72
NEUTRON, Vol.5, No. 1, Februari 2005
0.42.MW 0.0033.R 1.22 0.14.L 0.42.MW log R 0.025.10
a 10
(7) dimana : a = percepatan (g), MS = magnitude gelombang permu-kaan (surface wave magnitude), R = jarak terdekat dari lokasi ke sumber gempa (km), L = 1 untuk sumber gempa di luar Jepang.
Sadigh (1997). Fungsi atenuasi yang dikembangkan oleh Sadigh (1997) sudah mengakomodasi kebutuhan untuk mengembangkan koefisien untuk magnitude lebih besar dan lebih kecil dari M = 6.5 dengan mekanisme gempa strike-slip. Rumusan fungsi atenuasi yang dihasilkan adalah : a e
( 1.274 1.10.M 2.10. ln Rrup e 0.485 0.524.M
(8) dimana : a = percepatan (g), M = magnitude gempa, Rrup = jarak terdekat dari lokasi ke sum-ber gempa (km).
DATA dan METODE Data. Data gempa yang digunakan dalam perencanaan ini sebanyak 31 (n=31), dari tahun 1970 sampai dengan 2000 yang tersebar di Sulawesi Utara dan sekitar Palu-Koro. Data tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. Tahun
Lintang
Bujur
Focus (km)
M
1970
0,4
1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992
-2,6 -0,6 -0,1 1,7 0,8 -1,9 -1,7 0,5 1,0 -2,7 -1,3 0,1 1,1 -0,1 -2,0 0,9 0,7 1,5 0,1 1,2 1,2 -0,8
119,3
8
7,0
119,6 121,7 123,9 126,4 122,6 120,3 120,5 126,0 120,4 122,1 122,4 123,3 121,1 122,5 119,7 126,9 126,2 126,4 123,3 122,9 122,8 122,4
35 33 55 33 70 38 54 60 28 46 70 187 40 242 43 13 32 65 151 25 31 54
6,0 5,3 6,0 6,1 6,0 5,1 6,0 6,0 6,0 5,5 5,0 6,0 6,0 6,1 6,6 6,0 6,5 6,1 6,8 7,4 7,1 5,0
Analisa Resiko Gempa di Pengeboran Minyak Tiaka Field (Helmy D) 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
0,5 -0,6 0,8 1,0 1,2 -1,3 -1,7 1,3
121,5 123,2 126,0 120,4 122,5 123,7 122,5 120,9
96 29 33 33 24 33 33 33
73
6,4 5,4 6,1 6,9 6,8 6,1 6,1 5,7
Metode. Dalam perencanaan diambil percepatan gempa yang terbesar dari beberapa perhitungan percepatan gempa di atas.
74
NEUTRON, Vol.5, No. 1, Februari 2005
HASIL dan PEMBAHASAN Hasil. Hasil perhitungan perce-patan gempa (dalam satuan gal) dari 4 persamaan atenuasi dapat dilihat pada Tabel 2 & 3 di bawah ini : Tabel 2. Hasil Perhitungan Percepatan Gempa (1) Periode Ulang 100 Thn 200 Thn 300 Thn 500 Thn Jenis Gempa
Fukushima & Tanaka (1992)
Joyner & Boore (1988)
106,102
94,724
115,831
102,321
121,523
106,765
128,693
112,363
Subduction
Shallow Crustal
Tabel 3. Hasil Perhitungan Percepatan Gempa (2) Periode Ulang 100 Thn 200 Thn 300 Thn 500 Thn Jenis Gempa
Crouse (1991)
Sadigh (1997)
167,575
99,477
181,802
108,655
190,124
114,024
200,609
120,789
Subduction
Strike Slip
Pembahasan. Dari 4 persamaan atenuasi, persamaan Crouse (1991) memberikan hasil yang realistis. Percepatan gempa direncanakan 500 tahunan karena untuk pengeboran minyak dibutuhkan investasi besar. KESIMPULAN dan SARAN Kesimpulan. Besarnya percepatan gempa a500 = 0.2 g adalah sesuai dengan zona gempa 5 pada Peraturan Gempa Indonesia. Oleh karenanya seluruh perencanaan struktur harus memasuk-kan pengaruh gempa. Saran. Untuk kondisi pemba-ngunan konstruksi di zona 5 perlu ditinjau terhadap potensi likufaksi dan respon spectra yang sesuai dengan daerah lokasi proyek tersebut.
REFERENSI Darjanto, H., 2002, “Review and Detail Design Tiaka Oil Field Development Project,” Final Report, Jakarta. Irsyam M., 2001, “Seismic Risk Analysis”, Short Course Geo Millenium ke-32, Bandung.
Analisa Resiko Gempa di Pengeboran Minyak Tiaka Field (Helmy D)
Kramer, SL., 1996, “Geotcnical Earthquake Engineering,” University of Wa-shington.
75
76
NEUTRON, Vol.5, No. 1, Februari 2005
