Pemetaan Profil Ketebalan Sedimen Makassar dan Sekitarnya Menggunakan Pengukuran Mikrotremor
Sabrianto Aswad1, Erni Fransisca P1, Muhammad Hamzah1, Rahmat Hidayat1, Ade Perdana S2 1 Program Studi Geofisika, Universitas Hasanuddin
2 Stasiun Geofisika Gowa Sari
Kota Makassar seperti halnya sebagian besar kota-kota besar di dunia berada di kawasan pesisir. Daya tarik kota ini sebagai barometer kemajuan Indonesia bagian timur menyebabkan pertumbuhan jumlah penduduk yang pesat. Hal ini secara dramatis mengubah lingkungan alam pesisir dengan manusia sebagai agen geologi yang paling aktif. Daerah pesisir dihadapkan dengan tantangan kurangnya lahan karena peningkatan ekologi, kegiatan ekonomi dan sosial yang menyebabkan peningkatan tekanan pada wilayah pesisir dan dalam beberapa kasus menyebabkan perubahan lingkungan alam pesisir.
Salah satu konsekuensi dari perkembangan ini adalah
banyaknya pembangunan gedung-gedung tinggi
(skyscrapers). Dalam proses pembangunan ini , ketebalan sedimen merupakan bagian yang perlu diperhatikan. Hal ini berkaitan dengan keamanan dan daya tahan suatu bangunan. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan ketebalan sedimen menggunakan frekuensi dari puncak utama (frekuensi resonansi) pada perbandingan spektra rekaman mikrotremor (ambient noise). Ada dua teknik perbandingan spektra yang digunakan untuk menganalisis rekaman ambient noise pada penelitian ini, yaitu teknik Nakamura (H/V) dan teknik klasik (S/R). Hasil dari penelitian ini berupa profil penampang melintang yang menunjukkan struktur sedimen bawah permukaan daerah penelitian. Hasil perbandingan dengan data boring log and S.P.T. test result menunjukkan bahwa teknik klasik (teknik S/R) merupakan metode yang tepat untuk menentukan ketebalan sedimen dibanding teknik Nakamura (teknik H/V).
Pendahuluan
Getaran konstan dari permukaan bumi disebut mikrotremor (Okada, 2004). Sumber dari mikrotremor adalah aktivitas manusia (gerak dari mesin-mesin pabrik dan kendaraan) dan fenomena alam (angin, hujan, variasi tekanan atmosfer dan gelombang laut). Getaran yang dimaksud bukan merupakan even dari durasi pendek seperti gempabumi dan ledakan (Seht dan Wohlenberg, 1999).
Spektra ambient noise yang diperoleh dari pengukuran mikrotremor dapat digunakan untuk menentukan respon lokasi khususnya frekuensi dari puncak utama atau frekuensi resonansi lapisan sedimen. Respon lokasi pada
daerah sedimen sangat berhubungan dengan ketebalan sedimen dan kecepatan gelombang geser. Sehingga, respon lokasi yang diperoleh dari teknik perbandingan spektra dapat digunakan untuk menentukan ketebalan sedimen. Teknik perbandingan spektra yang digunakan adalah teknik Nakamura, yaitu teknik perbandingan spektra noise komponen horisontal dan komponen vertikal pada daerah sedimen (spektra H/V), dan teknik klasik yang merupakan teknik perbandingan spektra komponen horisontal sedimen dan komponen horisontal daerah referensi/hard rock ( spektra S/R).
Berdasarkan kondisi geologinya, kota Makassar sebagian besar dibangun di atas endapan aluvium dan batuan sedimen laut, sehingga merupakan daerah yang tepat untuk dijadikan sebagai lokasi penelitian dalam penentuan ketebalan sedimen. Basemen (hard rock) dari Makassar terdiri dari batuan gunungapi formasi Camba (breksi, lava, konglomerat dan tufa) terdapat di daerah sekitar Maros serta batuan gunungapi hasil erupsi, batuan gunungapi Lompobattang (konglomerat, lava, breksi, endapan, lahar dan tufa) dan batuan gunungapi terutama lava yang terdapat di daerah sekitar Gowa. Ketebalan sedimen merupakan suatu bagian yang perlu diperhatikan dalam penentuan lokasi pembangunan, karena akan berpengaruh terhadap ketahanan dan keamanan bangunan nantinya. Makassar sendiri merupakan salah satu kota yang sedang berkembang sehingga kedepannya akan banyak pembangunan.
Data and Metode
Prinsip dasar dari hubungan antara respon lokasi (frekuensi resonansi) dan ketebalan sedimen dapat dijelaskan melalui sebuah model dua-lapisan sederhana (gambar 1). Pada
gambar ini terdapat sebuah basement hardrock yang
ditutupi oleh sedimen dengan ketebalan m dan kecepatan gelombang geser vs. Frekuensi resonansi dari sistem
terdapat pada lapisan yang ketebalannya adalah λ/4 atau biasa disebut lapisan half-space
Frekuensi resonansi dihitung dengan:
0 4T
1
fr (1)
dimana, T0 adalah waktu tempuh gelombang geser antara
Dengan mendefinisikan, v(z)=dz/dt, dan vs(z) = v0.(1+Z)x
maka T0 dapat dihitung dengan:
m 0 x m s v Z dz z dz v T () .(1 ) 0 0 0 ) 1 ( 1 ) 1 ( 1 1 0 0 x m x v T (2)
Dengan mensubtitusikan persamaan (1) ke persamaan (2), maka hubungan antara ketebalan dan frekuensi resonansi menjadi: 1 ] ) 1 [( 4 ) 1 ( 1 0 x r m x v
f
(3) atau 1 ] 1 4 ) 1 ( [ 0 1(1 ) x r f x v m (4)Pada penelitian ini kecepatan gelombang geser (vs)
diasumsikan tidak berubah terhadap kedalaman (konstan), sehingga x = 0, maka ketebalan (m) pada persamaan 4 menjadi: r 0 4f v m (5)
Gambar 1. Prinsip dasar respon lokasi (dimodifikasi dari Ibs-Von Seht ,1999)
Data rekaman ambient noise (mikrotremor) diperoleh dari 17 titik pengukuran yang tersebar di daerah Makassar, Gowa, dan Takalar (gambar 2). Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan alat seismograf periode pendek portable tipe TDL-303S (3 komponen), yang masing-masing terdiri dari digitizer, sensor, laptop, aki dan GPS. Pengukuran dilakukan di atas jam 12 malam untuk menghindari noise yang tidak diinginkan
Gambar 2. Lokasi penelitian
Teknik Perbandingan Spektra Klasik
Teknik perbandingan spektra klasik merupakan teknik perbandingan spektra rekaman ambient noise antara lokasi
hard rock (batuan beku atau malihan) dengan spektra rekamanan ambient noise pada lokasi sedimen. Jenis perbandingan ini disebut sebagai teknik perbandingan S/R karena dibentuk dari perbandingan spektra lokasi sedimen dan referensi (Seht dan Wohlenberg, 1999).
Perbandingan spektra S/R [TS/R(ω)] dibentuk dengan membandingkan rata-rata spektra komponen horisontal dari lokasi sedimen dan rata-rata spektra komponen horisontal [RNS(ω) dan REW(ω)] dari 7 lokasi referensi [
_ RH(ω)] : ) ( R 2 / ) ( s ) ( s H _ EW NS ) ( /
T
SR (6) 14 / ] ) i )( ( R ) i )( ( R [ 7 1 i EW 7 1 i NS ) (
R
H (7)Kendala penerapan teknik perbandingan spektra ini pada rekaman mikrotremor adalah adanya kesulitan proses identifikasi deretan gelombang yang sama untuk dua lokasi yang berbeda, maka dilakukan pendekatan dengan mengasumsikan bahwa rata-rata dari beberapa rekaman yang dihasilkan pada lokasi referensi mewakili getaran untuk semua waktu. Stabilitas rekaman terhadap waktu pada lokasi referensi telah dibuktikan oleh Lermo dan Chaves-Garcia (1994)
Teknik Perbandingan Spektra Nakamura
Teknik ini pertama kali digunakan oleh Nakamura (1989)
untuk menginterpretasi pengukuran mikrotremor.
Perbandingan spektra H/V [TH/V(ω)] diperoleh dengan
membagi spektra rata-rata komponen horizontal
[sNS(
)sEW(
)] dan spektra rata-rata komponen vertikal) ( S 2 / ) ( s ) ( s V EW NS ) ( /
T
HV (8)Deskripsi mengenai teknik ini didasarkan pada tulisan Lermo dan Chaves-Garcia (1994). Teknik ini didasarkan pada interpretasi dari mikrotremor sebagai gelombang Rayleigh yang tersebar pada sebuah lapisan tunggal sepanjang half space.
Dengan mengasumsikan bahwa 1
) ( V ) ( H B B , maka fungsi
respon lokasi yang dikoreksi dengan efek sumber menjadi: S S M V H S (9) Asumsi ) ( V ) ( H B B
= 1 telah diverifikasi melalui percobaan
oleh Nakamura (1989) menggunakan rekaman mikrotremor yang diperoleh pada lubang bor (Lermo dan Chaves-Garcia, op.cit.).
Lermo dan Chaves-Garcia (1993) telah membuktikan bahwa hasil yang diperoleh dari teknik analisis gelombang Rayleigh akan relatif sama jika diaplikasikan pada gelombang geser.
Hasil dan diskusi
Kurva perbandingan spektra dari rekaman pada titik 1 (S1) yang terletak di daerah sekitar Malino untuk teknik H/V dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 3. Contoh hasi perbandingan spektral komponen horizontal dan vertikal
Untuk metode klasik berikut adalah contoh kurva spektra komponen horisontal daerah sedimen pada titik S1 dan kurva spektra komponen horisontal daerah referensi pada titik B1:
Lokasi Spektra NS Spektra EW
S1
B1
Gambar 4. Kurva Spektra Horisontal Titik S1 dan B1 Keseluruhan kurva spektra komponen horisontal (NS dan EW) dari rekaman pada daerah sedimen dan kurva spektra komponen horisontal dari 7 titik yang terletak di daerah referensi (gambar 1). Nilai dari masing-masing spektra ini kemudian digunakan untuk menghitung nilai frekuensi resonansi menggunakan persamaan 6 dan 7. Hasil frekuensi resonansi (fr) dari teknik perbandingan spektra Nakamura (H/V) dan teknik perbandingan spektra klasik (S/R) dapat dilihat pada Tabel 1:
Tabel 1
Nilai Frekuensi Resonansi dan ketebalandari Teknik H/V dan S/R
Untuk memperoleh nilai ketebalan sedimen, tidak hanya nilai frekuensi resonansi yang diperlukan, tetapi juga dibutuhkan nilai kecepatan gelombang geser, nilai kecepatan gelombang geser pada permukaan (V0) yang
Lokasi Lintang Bujur elev (m) H/V (fr) S/R (fr) H/V (m) S/R (m)
S1 -5,26 119,81 698 8,347 2,305 1,723 6,241 S2 -5,26 119,76 420 0,647 1,189 22,231 12,098 S3 -5,25 119,70 227 0,883 1,197 16,289 12,011 S4 -5,25 119,65 139 0,701 3,582 20,518 4,015 S5 -5,20 119,64 49 8,4 3,557 1,712 4,044 S6 -5,19 119,59 26 10,799 0,217 1,332 66,199 S7 -5,17 119,55 11 11,492 0,252 1,252 57,074 S8 -5,17 119,50 15 8,347 2,183 1,723 6,587 S9 -5,15 119,45 6 11,698 2,353 1,230 6,114 S10 -5,14 119,40 2 1,629 0,565 8,830 25,461
digunakan pada penelitian ini diperoleh dari pengukuran
menggunakan sistem Schmidt hammer dengan nilai sebesar
57,53386 m/s. Kemudian dengan menggunakan persamaan 4, maka dihasilkanlah nilai ketebalan sedimen di 10 titik rekaman data. Hasil ketebalan sedimen yang diperoleh dari teknik H/V dan S/R dapat dilihat pada table 1
Selanjutnya dari data ketebalan sedimen dan data elevasi dari masing-masing titik dihasilkan penampang melintang yang dapat dilihat pada gambar 5 dan 6.
Gambar 5. Profil Ketebalan Sedimen dari teknik H/V
Gambar 6. Profil Ketebalan Sedimen dari teknik S/R
Warna abu-abu pada profil merupakan basemen atau hard
rock, dan warna coklat menandakan sedimen.
Penampang melintang ketebalan sedimen yang diperoleh dari teknik perbandingan spektra H/V (gambar 5) dan
teknik perbandingan spektra S/R
(gambar 6) memperlihatkan hasil yang berbeda. Untuk teknik perbandingan spektra H/V, dari titik 1 ketebalan sedimen cenderung meningkat hingga titik 4, kemudian berkurang untuk titik 5 hingga 9 dimana pada titik ini nilai ketebalan sedimen berkisar antara 1,2 meter sampai 1,7 meter dan meningkat lagi pada titik 10. Untuk teknik perbandingan spektra S/R, dari titik 1 ketebalan sedimen cenderung meningkat hingga titik 3, kemudian berkurang lagi pada titik 4 dan 5. Pada titik 6 dan 7 ketebalan sedimen lebih tinggi dibandingkan titik yang lain yang pada gambar penampang terlihat seperti cekungan. Selanjutnya ketebalan sedimen berkurang untuk titik 8 dan 9 dan meningkat pada titik 10.
Ada lima data ketebalan sedimen yang diperoleh dari data
boring log and S.P.T. Test Result serta profil dari data
sondir pembangunan gedung di Makassar yang letaknya
cukup dekat dengan lokasi dari beberapa titik penelitian. Letak dari titik lokasi bor terdapat pada peta lokasi (gambar 1).
Berikut adalah tabel ketebalan sedimen dari data bor:
Tabel 2
Koordinat Lokasi Data Bor dan Data Ketebalan
Kelima data tersebut akan digunakan untuk memverifikasi hasil ketebalan sedimen yang diperoleh dari pengukuran mikrotremor. Lokasi dari data bor pertama dan kedua terletak cukup dekat dengan titik 10 (daerah Karebosi), data ketiga terletak cukup dekat dengan titik 8 (daerah Antang), dan data keempat terletak didaerah Pettarani yang letaknya cukup dekat dengan titik 9. Seperti terlihat pada tabel 2 bahwa ketebalan sedimen yang diperoleh dari data bor untuk daerah sekitar Karebosi adalah 25 meter, nilai yang mendekati dihasilkan dari teknik perbandingan spektra S/R yakni untuk titik 10 sebesar 25,461 meter. Dari data bor di daerah sekitar Antang dihasilkan nilai ketebalan sedimen 5 meter, dari teknik perbandingan spektra S/R diperoleh nilai ketebalan sedimen sebesar 6,587 meter untuk titik yang dekat dengan lokasi bor tersebut yaitu titik 8. Ketebalan sedimen dari data bor yang diperoleh didaerah Pettarani adalah sebesar 10 meter, dari teknik diperbandingan spektra S/R diperoleh ketebalan sedimen sebesar 6,114 meter. Ini memperlihatkan bahwa jika dibandingkan dengan data ketebalan dari data bor maka hasil dari teknik perbandingan spektra S/R yang paling mendekati.
Kesimpulan
Dari hasil perhitungan ketebalan sedimen menggunakan nilai frekuensi resonansi dari teknik perbandingan spektra H/V diperoleh hasil bahwa ketebalan sedimen maksimum terdapat pada titik S2 yakni sebesar 22,231 meter. Ketebalan sedimen minimum terdapat pada titik S9 yaitu sebesar 1,230 meter. Untuk teknik H/V nilai ketebalan sedimen maksimum terdapat pada titik S6 yaitu sebesar 66,199 meter dan ketebalan minimum terdapat pada titik S4 yaitu 4,015 meter.
Pada studi-studi sebelumnya diperoleh hasil bahwa metode yang paling baik untuk menentukan ketebalan sedimen adalah metode Nakamura, sedangkan pada penelitian ini diperoleh hasil bahwa metode yang paling baik adalah metode klasik (S/R) hal ini sesuai dengan Profil dan nilai ketebalan sedimen yang diperoleh dari teknik S/R lebih sesuai dengan ketebalan sedimen dari data bor
No. Lintang Bujur Ketebalan (m)
1 -5,1258 119,4138 25
2 -5,1369 119,4101 25
3 -5,1649 119,4765 5
4 -5,1305 119,4358 10
dibandingkan dengan ketebalan sedimen yang diperoleh dari teknik perbandingan spektra H/V.
Pustaka
Anonim, 2008. Badan Perencanaan Pembangunan Daerah,
Laporan Akhir Rencana Tata Ruang Wilayah Kota Makassar, Bab V.
Ibs-Von Seht, M., Wohlenberg, J., 1999. Microtremor
Measurement Used to Map Thickness of Soft Sediments, Bull. Seism. Soc. Am.89, 250-259. Lermo, J., J. Ch~vez-Garcia, 1993. Site effect evaluation
using spectral ratios with only one station, Bull.
Seism. Soc. Am.83, 1574-1594.
Lermo, J., J. Chfivez-Garcia, 1994, Are microtremors useful in site response Evaluation?, Bull Seism. Soc. Am. 84, 1350-1364.
Okada, H., 2004, The Microtremor Survey Method.
Society of Exploration Geophysicists. United State of America.
