SAINS Volume 15, Nomor 1/ Januari 2015 : 1 – 6
PEMETAAN DAERAH RAWAN GEMPA BUMI BERDASARKAN DATA SEISMISITAS DI KABUPATEN JAYAPURA Steven Y.Y. Mantiri1 dan Tatang Sutarman2
Program Studi Teknik Geofisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahaun Alam, Universitas Cenderawasih Jayapura
ABSTRACT Seismic hazard assessment for Jayapura Regency was developed for recurrence interval 475 years. This research was purposed to map seismic hazard region based on peak ground acceleration distribution. Probabilistic analysis method was used for this research. EQRISK computer program was used for the computation to calculate peak ground acceleration value. The result shows that peak ground acceleration interval value for Jayapura Regency for recurrence interval 475 years is 300 – 900 gal. Peak ground acceleration assessment for 475 years recurrence interval has used as earthquake design. The high-hazard level with peak ground acceleration ranging between 600 – 900 gal are including several districts i.e.: Airuh, Kaureh, Yapsi, Unurum Guay, South Gresi, Kemtuk Gresi, Nimboran, southern of East Nimboran, southern Kemtuk, dan sothern Nimbokrang. The intermediate-hazard level with peak ground acceleration ranging between 300 – 600 gal are including several districts i.e.: Demta, Yokari, Depapre, West Sentani, Waibu, Ravenirara, Sentani, East Sentani, Ebungfau, northern Kemtuk, northern Nimbokrang, dan northern of East Nimboran. Keywords : Mapping, Earthquake Hazard, Peak Ground Acceleration, Jayapura Regency
PENDAHULUAN Papua dan Papua Barat terletak di daerah paling timur wilayah Indonesia. Dari struktur tatanan lempeng tektonik, Papua dan Papua Barat terletak pada daerah pertemuan 3 lempeng kerak bumi yaitu lempeng Pasifik (lempeng Caroline) yang bergerak dari utara relatif ke arah barat menyusup di bawah lempeng HindiaAustralia, dimana lempeng Hindia-Australia bergerak relatif ke arah utara dan lempeng Hindia-Australia menyusup di bawah lempeng Eurasia di sebelah barat Papua dan Papua Barat. Akibat kondisi ini, wilayah Papua dan Papua Barat mengalami gaya pemampatan berarah barat daya-timur laut yang menyebabkan di wilayah ini terjadi banyak patahan, lipatan, dan pegunungan. Kondisi-kondisi ini berdampak terhadap seismisitas dan menyebabkan wilayah
*Alamat Korespondensi: Jurusan Fisika, Kampus UNCEN-WAENA, Jl. Kamp. Wolker, Jayapura Papua. 99358 e-mail:
[email protected]
Papua dan Papua Barat banyak di goncang gempa bumi. Berdasarkan nilai parameter Gutenberg – Richter (1944), wilayah Papua dan Papua Barat termasuk kategori daerah dengan tingkat kegempaan yang cukup tinggi (Bunga dan Mantiri, 2007). Kabupaten Jayapura merupakan salah satu kabupaten di Provinsi Papua dimana terletak diantara 129°00’16” – 141°01’47” BT dan 2°23’10” LU – 9°15’00” LS. Kabupaten Jayapura sampai saat ini terus berkembang dalam bidang pembangunan infrastruktur bangunan. Percepatan tanah maksimum akan menjadi ukuran tingkat kerawanan gempa bumi di suatu wilayah penelitian. Tingkat kerawanan terhadap gempa bumi untuk wilayah Kabupaten Jayapura dapat diperkirakan berdasarkan pemetaan distribusi nilai percepatan tanah maksimum untuk wilayah tersebut untuk probability of exceedance 10% dalam masa layan bangunan 50 tahun atau interval perulangan gempa bumi 475 tahun. Perkiraan ini bisa menjadi acuan perkiraan kekuatan struktur bangunan dan infrastruktur lain untuk tetap kokoh bertahan terhadap guncangan-guncangan gempa bumi dalam
2
Pemetaan Daerah Rawan Gempa Bumi Berdasarkan Data (Mantiri, dkk)
jangka waktu tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai percepatan tanah maksimum untuk periode ulang gempa bumi 475 tahun dan memetakan distribusinya untuk wilayah Kabupaten Jayapura. Kekuatan Gempa bumi Gempa bumi merupakan fenomena alam yang bersifat merusak dan menimbulkan bencana. Menurut Dictionary of Geology and Mineral (2003) gempa bumi adalah pergerakan bumi tiba-tiba yang disebabkan pelepasan secara mendadak energi strain yang terakumulasi di dalam bumi. Energi yang dilepaskan menjalar melewati bumi sebagai gelombang seismik (gelombang suara berfrekuensi rendah) dan menyebabkan terjadinya guncangan. Parameter gempa bumi meliputi: waktu kejadian gempa bumi, lokasi episenter, kedalaman sumber gempa bumi, kekuatan gempa bumi yang meliputi: magnitude gempa bumi dan intensitas gempa bumi. Menurut Lay dan Wallace (1995), dewasa ini terdapat empat jenis Magnitude yang umum digunakan yaitu: Magnitude lokal (ML), Magnitude gelombang badan (mb), Magnitude gelombang permukaan (Ms) dan Magnitude momen (Mw). Ibrahim dan Subardjo (2003) memberikan hubungan antara Ms dan mb dapat dinyatakan dalam persamaan:
mb = 2.5 + 0.63 Ms
(1)
Kanamori (1977) memberikan hubungan antara momen magnitude M0 dan magnitude momen Mw yaitu:
dimana
log M 0 Mw 10,73 1,5
(2)
log M0 = 1,5Ms + 16,1
(3)
Analisis Tingkat Kerawanan Seismik Secara Probabilistik Analisis tingkat kerawanan seismik probabilistik (Probabilistic Seismic Hazard Analysis - PSHA) mengacu pada perkiraan beberapa pengukuran gerakan tanah kuat yang diharapkan untuk terjadi di lokasi suatu tempat yang diperhatikan. Asumsi dasar dari metode ini adalah bahwa hukum perulangan yang ditentukan dari seismisitas terdahulu disediakan untuk prediksi seismisitas yang akan datang (Kramer, 1996). Metode analisis tingkat kerawanan secara probabilistik mempertim-
bangkan peluang terjadinya gempa bumi dari sumber-sumber gempa bumi beserta parameter seismisitasnya yang berada di sekitar wilayah penelitian. Kramer (1996) menjelaskan metode analisis tingkat kerawanan secara probabilistik dalam 4 (empat) langkah prosedur yaitu: identifikasi dan karakterisasi sumber seismik, perhitungan parameter kejadian gempa bumi untuk setiap sumber, pengembangan dan pengkarakterisasian hubungan atenuasi, dan penggabungan variabel-variabel untuk menentukan tingkat kerawanan gempa bumi. Hukum perulangan gempa bumi Gutenberg
– Richter (1944)
Hukum keadaan perulangan klasik Gutenberg – Richter (1944) biasanya digunakan untuk memperkirakan seismisitas suatu wilayah yang dipilih. Berdasarkan pada hukum ini, angka kejadian tahunan N(m) suatu gempa bumi dengan magnitude lebih besar atau sama dengan m pada suatu daerah sumber tertentu dapat ditentukan oleh persamaan berikut: log N(m) = a – bm
(4)
dimana a dan b adalah konstanta tertentu untuk daerah sumber seismik tersebut dan konstantakonstanta tersebut dapat dihitung dengan analisis kuadrat terkecil regresi linear dari data pokok seismisitas setiap sumber seismik. N(m) diganti dengan λm. Rata-rata angka tahunan terlampaui λm dari suatu gempa bumi dapat dinyatakan dengan persamaan:
λm = 10a – bm = exp (α – βm)
(5)
dimana α = 2,303a dan β = 2,303b. Periode ulang gempa bumi dengan magnitude tertentu dapat ditentukan oleh hubungan kebalikan dari rata-rata angka tahunan terlampaui dan diekspresikan sebagai
Rt
1 m
(6)
Berdasarkan persamaan (5), maka hukum Guttenberg – Richter (1944) menyatakan bahwa magnitude gempa bumi terdistribusi secara eksponensial. Magnitude maksimum potensial gempa bumi Magnitude maksimum potensial gempa bumi yang berasal dari semua sumber seismik model luasan dalam wilayah yang diteliti, ditentukan dengan menggunakan hubungan yang dikembangkan oleh Kijko (2004) yaitu:
SAINS Volume 14, Nomor 1/ Januari 2014: 1 – 6
obs mmax mmax
E1 (n1 ) E 2 (n 2 ) mmin exp( n) exp( n 2 )
3
(7)
Dimana,
z 2 a1 z a 2 exp( z ) E i ( z ) 2 z ( z b1 z b2 ) n n1 1 exp[ (m max m min )] n 2 n1 exp[ (mmax mmin )]
(8) (9) (10)
dimana mmax adalah magnitude gempa bumi obs maksimum, mmax adalah magnitude gempa bumi maksimum pengamatan, mmin adalah magnitude minimum batas ambang kelengkapan katalog gempa bumi, n adalah jumlah gempa bumi lebih besar atau sama dengan mmin, a1 = 2,334733, a2 = 0,250621, b1 = 3,330657, dan b2 = 1,681534. Kijko dan Graham (1998) merumuskan persamaan yang dapat dimanfaatkan untuk menduga magnitude maksimum dari potensial gempa bumi mmax untuk tempat yang dipilih berdasarkan rumusan matematika yang dibuat oleh Tate (1959) dan persamaannya sebagai berikut:
mmax m
obs max
obs 1 1 exp[ (mmax mmin )] obs n exp[ (mmax mmin )]
(11)
Kijko dan Graham (1998) juga merumuskan pengestimasi magnitude maksimum untuk memperkirakan magnitude dari peristiwaperistiwa seismik yang memungkinkan maksimum berdasarkan rumusan Gibowicz dan Kijko (1994), yang dirumuskan sebagai berikut:
mmax
exp( mmin ) [exp( mmin ) 1 ln n1 obs exp( mmax )] n
(12)
dimana mmax adalah magnitude gempa bumi obs maksimum, mmax adalah magnitude gempa bumi maksimum pengamatan, mmin adalah magnitude minimum batas ambang kelengkapan katalog gempa bumi, dan n adalah jumlah gempa bumi lebih besar atau sama dengan mmin. Karakterisasi Hubungan Atenuasi McGuire (1977) mengembangkan formula hubungan atenuasi, dimana faktor kondisi tempat tidak diperhitungkan dalam formula persamaan ini. Persamaan atenuasi tersebut adalah
E(α) = a 10bM (R + 25)-c
(13)
dimana E mengindikasikan dugaan, α adalah percepatan tanah (gal), M adalah magnitude, R adalah jarak fokus, a = 472, b = 0,278, c = 1.301, dan σα = 1,667. Pohon Logika Pemakaian pohon logika dalam analisis tingkat kerawanan seismik secara probabilitik sangat diperlukan akibat adanya faktor ketidakpastian dalam pengelolaan data. Dengan adanya model perlakuan ini, maka data, parameter sumber gempa, dan model atenuasi yang digunakan bisa difasilitasi dengan bobot sesuai dengan ketidakpastiannya (Irsyam et al., 2010). Pada umumnya suatu penelitian tentang perkiraan tingkat kerawanan seismik secara probabilitas sangat berhubungan erat dengan suatu ketaktentuan. Menurut Bommer dan Scherbaum (2007), secara umum ketaktentuan yang terjadi diklasifikasikan menjadi 2 (dua) tipe yaitu variabilitas aleatorik dan ketaktentuan epistemik. Cara untuk mengatasi ketaktentuanketaktentuan ini yaitu menggunakan metode pohon logika. Pohon logika adalah implementasi dari model probabilitas ketaktentuan, dimana dalam metode ini, dilakukan pembobotan sesuai dengan ketidakpastian mekanisme.
METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini menggunakan metode deskripsi data sekunder. Metode perhitungan yang digunakan adalah metode komputasi probabilistik dengan menggunakan bantuan perangkat lunak komputer (software) EQRISK.
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Pohon Logika Diagram pohon logika penelitian ditunjukkan pada gambar 1. Ketaktentuan-ketaktentuan pada penelitian ini berupa teknik magnitude, distribusi magnitude, dan magnitude maksimum. Pada teknik magnitude, metode perhitungan diberikan bobot 80% karena untuk memperkirakan magnitude maksimum perlu melakukan perhitungan dengan menggunakan data-data magnitude yang ada. Metode observasi diberi bobot 20% karena penentuan magnitude secara observasi kurang akurat. Pada distribusi mag-
4
Pemetaan Daerah Rawan Gempa Bumi Berdasarkan Data (Mantiri, dkk)
nitude: distribusi Gutenberg-Richter diberi bobot 90% karena distribusi magnitude akan semakin kecil jika magnitude makin besar, dan menurun secara eksponensial, sehingga ini cocok untuk perkiraan statistik. Distribusi karakteristik diberi bobot 10% karena menurut distribusi ini bahwa fungsi distribusi suatu magnitude akan menurun seiring dengan meningkatnya magnitude, namun pada suatu magnitude tertentu, distribusinya tetap sampai pada batas atas magnitude, sehingga tidak cocok untuk perkiraan statistik. Pada magnitude maksimum, metode Kijko (2004), Kijko dan Garaham (1998) – Tate (1956), dan Kijko dan Graham (1998) - Gibowicz dan Kijko (1994), ketiganya diberi bobot masingmasing 10% karena ketiga metode ini memberikan hasil magnitude maksimum yang berbeda-beda, sehingga untuk memperoleh hasil yang akurat, maka nilai maksimum rata-rata ketiga metode ini memberikan perkiraan yang sesuai, oleh sebab itu untuk magnitude maksimum rata-rata diberi bobot 70%.
maksimum memperlihatkan bahwa pola distribusi nilai percepatan tanah maksimum mengikuti pola model seismisitas sumber seismik. Peta distribusi nilai percepatan tanah maksimum untuk periode ulang gempa bumi 475 tahun menunjukkan bahwa Kabupaten Jayapura termasuk pada kategori tingkat kerawanan sedang dan tinggi. Hal ini disebabkan karena Kabupaten Jayapura berada pada daerah sumber seimik. Beberapa distrik yaitu: Airuh, Kaureh, Yapsi, Unurum Guay, Gresi Selatan, Kemtuk Gresi, Nimboran, Nimboran Timur bagian selatan, Kemtuk bagian selatan, dan Nimbokrang bagian selatan, termasuk pada kategori daerah dengan tingkat kerawanan relatif tinggi yaitu dengan nilai percepatan tanah maksimum 600 – 900 gal. Hal ini disebabkan karena daerah-daerah ini terletak pada zona sumber seismik 4, yang memiliki nilai a = 5,837 dan b = 0,761. Beberapa distrik yang lain yaitu: Demta, Yokari, Depapre, Sentani Barat, Waibu, Ravenirara, Sentani, Sentani Timur, Ebungfau, Kemtuk bagian utara, Nimbokrang bagian utara, dan Niboran Timur bagian utara termasuk kategori daerah dengan tingkat kerawanan yang relatif menengah, dengan nilai percepatan tanah maksimum 300 – 600 gal. Hal ini disebabkan karena daerah-daerah ini terletak pada zona sumber seismik 3, yang memiliki nilai a = 7,736 dan b = 1,146.
Gambar 1. Pohon logika penelitian Distribusi Nilai Percepatan Tanah Maksimum Asumsi dasar peta distribusi nilai tanpa melibatkan kondisi tempat adalah tanah atau batuan terdistribusi secara homogen. Kondisi ini tentuanya bertentangan dengan keadaan yang sebenarnya, dimana distribusi tanah atau batuan terdistribusi secara heterogen. Distribusi nilai untuk model ini sepenuhnya hanya dipengaruhi oleh sumber-sumber seismik. Peta distribusi nilai percepatan tanah maksimum untuk Kabupaten Jayapura untuk periode 475 tahun, yang ditunjukkan pada gambar 2. Pada peta distribusi menunjukkan interval nilai percepatan tanah maksimum yaitu 500 – 900 gal. Tingkat kerawanan terhadap gempa bumi untuk wilayah Kabupaten Jayapura dinyatakan dengan distribusi nilai percepatan tanah maksimum. Distribusi nilai percepatan tanah
Gambar 2. Peta probabilitas distribusi nilai percepatan tanah maksimum untuk periode ulang 475 tahun
SAINS Volume 14, Nomor 1/ Januari 2014: 1 – 6
5
KESIMPULAN Interval nilai percepatan tanah mak-simum untuk periode ulangan 475 tahun untuk wilayah Kabupaten Jayapura adalah 300 – 900 gal. Rincian kategori tingkat kerawanan dan distribusi nilai percepatan tanah maksimum untuk periode ulang 475 tahun ditunjukkan pada tabel 1. Tabel 1. Rincian kategori tingkat kerawanan dan distribusi nilai percepatan tanah maksimum di wilayah Papua dan Papua Barat untuk periode ulang 500 tahun Tingkat Kerawanan
Keterangan Distribusi
Beberapa distrik yaitu: Airuh, Kaureh, Yapsi, Unurum Guay, Tinggi (600–900 gal) Gresi Selatan, Kemtuk Gresi, Nimboran, Nimboran Timur bagian selatan, Kemtuk bagian selatan, dan Nimbokrang bagian selatan Rendah (0–300 gal) Beberapa distrik yang lain yaitu: Demta, Yokari, Depapre, Sentani Sedang Barat, Waibu, Ravenirara, (300–600 gal) Sentani, Sentani Timur, Ebungfau, Kemtuk bagian utara, Nimbokrang bagian utara, dan Niboran Timur bagian utara
UCAPAN TERIMA KASIH Tim peneliti menyampaikan terima kasih kepada Rektor UNCEN untuk dana penelitian dari PNBP UNCEN tahun 2012.
DAFTAR PUSTAKA Advanced National Seismic System (ANSS) Catalog Search, http://www.ncedc.org /anss/catalogsearch.html. Bommer, J.J. and Scherbaum, F., 2007, The Use and Misuse of Logic-Trees in PSHA, Earthquake Spectra, 4, 24, 997-1009. Bunga, M. dan Mantiri, S.Y.Y., 2007, Seismisitas Daerah Papua dan Sekitarnya Tahun 2000 – 2006, Jurnal Sains FMIPA, Universitas Cenderawasih, 1, 7. Cornell, C.A., 1968, Engineering Seismic Risk Analysis, Bulletin of the Seismological Society of America, 5, 58, 1583-1606. Gibowicz, S.J. and Kijko, A., 1994, An Introduction to Mining Seismology, 55, Academic Press, San Diego. Guttenberg, B. and Richter, C.F., 1944, Frequency of Earthquakes in California, Buletin of the Seismological Society of America, 4, 34, 185188. G. dan Subardjo, 2003, Pengetahuan Seismologi, Badan Meteorologi dan Klimatologi,
Ibrahim,
Manado.
SARAN Hasil penelitian ini belum sepenuhnya sempurna, oleh karena itu, untuk keperluan analisis tingkat kerawanan terhadap gempa bumi di wilayah Kabupaten Jayapura, maka beberapa saran dapat dijadikan bahan evaluasi untuk penelitian di masa yang akan datang yaitu 1. Analisis tingkat kerawanan seismik secara deterministik (DSHA) perlu dilakukan dengan tujuan sebagai sebagai pembanding dan pelengkap. 2. Analisis tingkat kerawanan terhadap gempa bumi perlu dilakukan dengan menggunakan 2 atau lebih persamaan hubungan atenuasi.
International Code Council, Inc., 2009, International Building Code. International Conference of Building Official, 1997, Uniform Building Code, Volume 2. Irsyam, M., Sengara, W., Aldiamar, F., Widiyantoro, S., Triyoso, W., Natawidjaja, D.H., Kertapati, E., Meilano, I., Suhardjono, Asrurifak, M., dan Ridwan, M., 2010, Ringkasan Hasil Studi Revisi Peta Gempa Indonesia 2010, Bandung. Kanamori, H., 1977, The Energy Realease in Great Earthquake, Journal of Geophysical Research, 20, 82, 2981-2987. Kijko,
A., 2004, Estimation of the Maximum Earthquake Magnitude, mmax, Pure and Applied Geophysics, 8, 161, 1655-1681.
6
Pemetaan Daerah Rawan Gempa Bumi Berdasarkan Data (Mantiri, dkk)
Kijko, A. and Graham, G., 1998. Parametric-historic Procedure for Probabilistic Seismic Hazard Analysis, Pure and Applied Geophysics, 3, 152, 413-442. S.L., 1996, Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Inc., New Jersey.
Kramer,
Lay, T. and Wallace, T.C., 1995, Modern Global Seismology, International Geophysics Series: Volume 58, Academic Press, San Diego. McGraw-Hill Companies, Inc., 2003, Dictionary of Geology and Mineral, Second Edition, New York. McGuire, R.K., 1976, Fortran Computer Program for Seismic Risk Analysis, United States Geological Survey, Open-File Report 76-67. McGuire, R.K., 1977, Seismic Design Spectra and Mapping Procedures Using Hazard Analysis Based Directly on Oscillator Response,
Earthquake Engineering Dynamics, 5, 211-234.
and
Structural
Pemerintah
Kabupaten
http://www.jayapurakab.go.id.
Jayapura,
Tate, R.R., 1959. Unbiased Estimation: Function of Location and Scale Parameters, The Annals of Mathematical Statistics, 2, 30, 341-366.
Integrated Tsunami Database for the Pacific for windows 95, 98, NT 4.0, 2000 and XP, Tsunami
WinITDB version 5.1 of June 15, 2001,
Laboratory Departement of Geophysics, Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Division Russian Academy of Sciences, Rusia.
