Laporan Seismologi Wilayah Batu [PDF]

Citation preview

TUGAS UAS LAPORAN MATAKULIAH SEISMOLOGI



Dosen Pengampu : Sukir Maryanto, Ph.D



Oleh: Syawaldin Ridha (166090300011005)



PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2017



1. PENDAHULUAN Berdasarkan asumsi dari Kanai (1983) bahwa mikrotremor adalah getaran tanah yang terjadi secara alami dan berlangsung secara terus-menerus. Sumber getaran tersebut berbagai macam, antara lain lalu lintas, angin, aktivitas manusia dan lain-lain. Selain itu mikrotremor juga dapat diartikan sebagai getaran harmonik alami tanah yang terjadi secara terus-menerus, terjebak di lapisan sedimen dan dapat terpantulkan karena adanya bidang batas lapisan material dengan nilai frekuensi yang tetap. Penelitian mikrotremor digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan material di bawah permukaan berdasarkan dua parameter, yaitu periode dominan dan faktor penguatan gelombang (amplifikasi). Mikrotremor memiliki frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi gempa bumi. Periode yang dimiliki oleh mikrotremor pada umumnya berkisar antara 0.05-2 detik, sedangkan nilai amplitudonya berkisar antara 0.1-2 mikron. Frekuensi dominan merupakan suatu nilai yang seringkali muncul sehingga diakui sebagai nilai frekuensi dari suatu lapisan batuan, sehingga dapat menunjukkan jenis dan karakteristik dari lapisan batuan tersebut. Jika nilai frekuensi suatu bangunan mendekati nilai frekuensi natural pada lapisan material yang ada di bawahnya, maka getaran seismik akan beresonansi dengan bangunan dan meningkatkan stress pada bangunan tersebut (Aini, dkk. 2012). Aplikasi gelombang mikrotremor dengan memakai metode HVSR dapat digunakan untuk menentukan frekuensi natural pada lapisan sedimen (Gosar, 2007). Nilai frekuensi yang rendah pada suatu daerah menunjukkan bahwa daerah tersebut rentan terhadap efek lokal karena memiliki kedalaman sedimen yang relatif dalam (Nakamura, 2000).



1.1 RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana menganalisa data mikrotremor? 2. Bagaimana spectrum HVSR? 3. Bagaimana spectrum sinyal microtremor 3 komponen?



1.2 TUJUAN PENELITIAN Adapun tujuan penelitian ini adalah : 1. Untuk menganalisa data mikrotremor. 2. Untuk mencari spectrum HVSR. 3. Untuk mencari spectrum sinyal microtremor 3 komponen. 1



2. LANDASAN TEORI 2.1 Gelombang Seismik Gelombang seismik diartikan sebagai gelombang mekanik yang penjalarannya membutuhkan energi untuk menembus lapisan bumi. Karakteristik lapisan tempat gelombang seismik menjalar sangat mempengaruhi kecepatannya (Salsabella, dkk, 2014).



Gelombang



seismik



tergolong



gelombang



mekanik



karena



dalam



perambatannya dibutuhkan medium. Partikel-partikel yang terdapat pada medium tersebut akan berosilasi ketika ada gelombang yang melewatinya (Afnimar, 2009).



2.1.1 Gelombang Badan (Body Wave) Gelombang badan merambat hingga mencapai interior bumi. Gelombang badan yang arah perambatannya membujur disebut sebagai gelombang primer atau biasa dikenal sebagai P-wave, sedangkan yang arah perambatannya melintang disebut sebagai gelombang sekunder atau S-wave. Kedua gelombang tersebut memiliki istilah “Preliminary Tremor” karena termasuk golongan gelombang yang pertama kali dirasakan saat terjadi gempa bumi (Elnashai dan Sarno, 2008). Gelombang P merupakan gelombang longitudinal yang memiliki cepat rambat yang paling cepat. Oleh sebab itu, pada saat terjadi gempa, maka gelombang yang akan tercatat pertama kali adalah gelombang P. Gelombang ini dikenal juga sebagai gelombang kompresi karena terbentuk dari osilasi tekanan yang menjalar dari suatu tempat menuju tempat lain, sehingga pada titik tertentu akan mengalami kompresi dan dilatasi (Lowrie, 2007). Hal tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.1



(Lay dan Wallace, 1995). Sedangkan persamaan untuk



gelombang P adalah sebagai berikut (Elnashai dan Sarno, 2008): √



(2.1)



dimana: = cepat rambat gelombang P (m/s) = konstanta Lame (N/m2) = rigiditas (N/m2) = densitas (kg/m3)



2



Gb 2.1 Mekanisme perambatan dan arah gerak partikel pada gelombang P (Lay dan Wallace, 1995).



Gelombang S selain disebut sebagai gelombang transversal juga disebut sebagai gelombang geser atau shear wave. Hal tersebut dikarenakan gelombang ini hanya menggeserkan deformasi batuan tanpa mengubah volume. Gelombang S juga tidak dapat menjalar pada medium yang berupa fluida. Gambar 2.2 dibawah ini menunjukkan mekanisme perambatan gelombang S (Lay dan Wallace, 1995).



Gb 2.2 Mekanisme perambatan dan arah gerak partikel pada gelombang S (Lay dan Wallace, 1995).



Persamaan untuk gelombang S adalah sebagai berikut (Afnimar, 2009): √



(2.2)



dimana: = cepat rambat gelombang S (m/s) = rigiditas (N/m2) = densitas (kg/m3)



2.1.2 Gelombang Permukaan (Surface Wave) Gelombang permukaan merupakan gelombang elastik yang penjalaran gelombangnya di sepanjang permukaan bumi. Gelombang ini juga biasa disebut 3



sebagai tide waves, karena gelombang ini harus menjalar melalui suatu lapisan atau permukaan (Ibrahim dan Subardjo, 2004). Gelombang permukaan menjalar akibat adanya efek surface yang memiliki perbedaan sifat elastik (Susilawati, 2008). Gelombang permukaan dibagi menjadi dua, yaitu gelombang Rayleigh dan gelombang Love. Kedua gelombang ini tidak tercatat secara bersamaan pada suatu stasiun, melainkan gelombang yang memiliki periode lebih panjang yang akan tercatat lebih dulu atau dengan kata lain dapat dikatakan bahwa gelombang yang periodenya panjang memiliki kecepatan yang tinggi (Ibrahim dan Subardjo, 2004). Gelombang Rayleigh menjalar melalui permukaan bebas di bumi yang homogen. Lintasan gerak partikel pada gelombang ini membentuk suatu ellips pada arah vertikal dan berimpit dengan arah penjalarannya (Ibrahim dan Subardjo, 2004). Gelombang Rayleigh memiliki suatu karakteristik, yaitu amplitudo pada gelombang ini akan berkurang seiring bertambahnya nilai kedalaman. Selain itu juga, sifat yang dimiliki oleh gelombang ini adalah pada setiap perambatan gelombang yang melewati batas lapisan batuan akan terdispersi (Sholihan dan Santosa, 2013). Mekanisme perambatan dan arah gerak partikel pada gelombang Rayleigh ditunjukkan oleh Gambar 2.3.



Gb 2.3 Mekanisme perambatan dan arah gerak partikel pada gelombang Rayleigh (Lay dan Wallace, 1995).



Gelombang



Love



merupakan



gelombang



S



horizontal



dimana



penjalarannya parallel dengan permukaan tanah, sehingga gelombang ini juga disebut sebagai gelombang transversal (Telford, dkk, 1990). Cepat rambat gelombang ini selalu lebih lambat dari gelombang P, dan pada umumnya juga lebih lambat dari gelombang S. Mekanisme perambatan dan arah gerak partikel pada gelobang Love ditunjukkan oleh Gambar 2.4 berikut (Lay dan Wallace, 1995).



4



Gb 2.4 Mekanisme perambatan dan arah gerak partikel pada gelombang Love (Lay dan Wallace, 1995).



2.2



Transformasi Fourier Aplikasi dari transformasi Fourier dalam survey mikrotremor adalah mengubah gelombang seismik yang berdomain waktu menjadi domain frekuensi. Transformasi Fourier ini merupakan metode untuk mendekomposisi suatu gelombang seismik menjadi beberapa gelombang harmonik sinusoidal dengan frekuensi yang berbeda-beda. Sejumlah gelombang sinusoidal tersebut disebut sebagai Deret Fourier. Persamaan transformasi Fourier dalam kasus ini ditunjukkan pada persamaan 2.3 berikut (Park,2010). ∫ =∫



∫



(2.3)



dengan: = fungsi dalam domain frekuensi = fungsi Kernel = fungsi dalam domain waktu = frekuensi Persamaan 2.3 tersebut yang digunakan untuk mengubah sinyal dari domain waktu menjadi domain frekuensi. Namun, dengan keterbatasan komputer, maka persamaan tersebut didekati dengan persamaan yang ditunjukkan oleh 2.4 berikut, dengan m dan n adalah bilangan bulat. ∑



∫ =∑ =∑



(



)



(2.4)



5



Dalam domain waktu, periode suatu sinyal dinyatakan sebagai sedanggkan pada domain frekuensi frekuensi dan



dengan



,



menyatakan interval antar



. Dengan demikian, pada persamaan 2.6



,



yang merupakan penghubung antara domain waktu dan domain frekuensi. Proses yang digunakan dalam penelitian ini yaitu FFT (Fast Fourier Transform). Prinsip kerja dari FFT adalah membagi sinyal hasil penyamplingan menjadi beberapa bagian yang kemudian masing-masing bagian diselesaikan dengan algoritma yang sama dan hasilnya dikumpulkan kembali (Riyanto, dkk, 2009).



3. METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 09 Desember 2017 di Kota Batu, dengan koordinat 07o50’58,8” LS dan 112o32’45,8” BT.



Gb 3.1 Lokasi Pengamatan



3.2 Rancangan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan data gelombang mikrotremor yang di ambil di daerah penelitian menggunakan seismometer TDL - 303. Dari data gelombang mikrotremor dilakukan pengolahan dengan menggunakan transformasi fourier untuk mendapatkan sepctrum dari sinyal berdomain waktu di ubah ke domain frekuensi, kemudian metode HVSR pada software Geopsy, dimana sinyal horizontal dengan komponen N – S dan E – W dibagi terhadap sinyal vertikal dengan komponen 6



U -D. Hasil pengolahan tersebut berupa kurva HVSR yang menunjukkan hubungan antara frekuensi dominan dan nilai amplifikasi (H/V). Dari kedua parameter tersebut akan didapatkan nilai periode dominan dan nilai indeks kerentanan seismik.



3.3 Materi Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan beberapa materi yang berupa data, perangkat keras dan perangkat lunak (software) sebagai berikut. 1. Data primer berupa data hasil perekaman gelombang mikrotremor di Kota Batu.



3.4 Peralatan Peralatan yang digunakaan dalam Survei adalah : 1. Sensor TDS-4A 2. Data Logger TDL-303S 3. GPS Garmin 76CSx 4. Kompas 5006LMS 5. Accu 6. Laptop 7. Inverter DC-AC 8. Software MonoSt, Netrec dan Datapro5.2



3.5 Akuisisi Data 3.5.1



Desain Survei Titil-titik Survei ditentukan berdasarkan kondisi geologi lokal yang dilihat dari peta geologi (lampiran). Setelah menentukan titik-titik tersebut langkah selanjutnya adalah Survei awal untuk mengetahui lokasi-lokasi yang mudah dijangkau dan memperkirakan waktu Survei untuk mengoptimalkan biaya akomodasi.



3.5.2



Prosedur Kerja dan Pengambilan Data 1.



Peralatan disiapkan terlebih dahulu



2.



Sensor dihadapkan ke arah barat



3.



Levelling dilakukan untuk memposisikan alat pada tempat yang datar (ditandai dengan bullseye berada di tengah)



7



4.



Kabel dihubungkan pada masing-masing port (port GPS pada GPS, port Data Logger pada aki, dan port Ethernet pada Laptop)



5.



Atur IP Address untuk koneksi dari data logger ke Laptop, dimana IP Data Logger adalah 192.168.1.2 kemudian setting IP laptop dengan konfigurasi



192.168.1.3 Gb 3.2 Setting IP Address



6. Software MonoSt dijalankan untuk melihat sinyal yang terekam. 7. Data diambil kurang lebih selama satu jam.



Gb 3.3 Ilustrasi Skema Pengambilan Data.



8. Download data dari Program Netrec (Program bawaan TDS).



3.5.3



Cara Dowmload Data 8



1.



Buka Program Netrec, kemudian klik “connect”.



Gb 3.4 Cara Download Data 1.



2.



Buka “Trace”, kemudian Pilih Signal hasil rekaman.



Gb 3.5 Cara Download Data 2.



3.



Klik Tombol



untuk download data/signal, setelah download selesai



klik save dan pilih folder tempat penyimpanan data.



Gb 3.6 Cara Download Data 3.



9



4.



Buka Datapro 5.2 untuk mengkonversi format data *.trc ke *.msd (miniseed), klik file kemudian Save as Mini-Seed, dan pilih folder tempat



penyimpanan data. Gb 3.7 Cara Convert Data.



3.5.4



Cara Pengolahan Data 1. Buka Program Geopsy.



Gb 3.8 Program Geopsy.



10



2. Import Signal dalam format *.MSD atau Mini-Seed. Gb 3.9 Signal yang akan diolah menggunakan Geopsy.



3. Klik Tombol , kemudian atur panjang cacahan bisa 5s, 10s, 20s, 50s disesuaikan dengan petunjuk pada buku Sesame HV User Guidelines (lampiran), kemudian beri tanda pada Anti-triggering on raw signal dan filtered signal, kemudian klik “select” pilih “auto” kemudian



klil “start”. Gb 3.10 Signal yang sudah diseleksi menggunakan Geopsy dengan cacahan 50s.



11



4. Lihat spektrum H/V yang sudah diolah menggunakan Geopsy, kemudian catat parameter yang dihasilkan, yaitu; frekuensi dominan (f0) dan



Amplifikasi (A0). Gb 3.11 Spektrum H/V cacahan 50 detik.



5. Untuk Mencari periode dominan (T0= ), sedangkan untuk mencari Indeks kerentanan seismik (



).



4. HASIL DAN PEMBAHASAN Lokasi pengamatan terletak di Kota Batu, dengan koordinat 07o50’58,8” LS dan 112o32’45,8” BT., berdasar peta geologi terdapat Batuan Gunungapi Plistosen (Pleistocene Volcanics). Data yang diperoleh yaitu data rekaman seismik dalam format Mini-Seed. Data ini kemudian diolah dalam perangkat lunak geopsy untuk melakukan analisis spectrum



4.1 Metode HVSR Dengan menggunakan panjang cacahan 10 detik, durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 24 menit 20 detik dari 55 menit 25 detik maka hasil pengolahan data dapat dilihat pada tabel sebagai berikut. 12



Tabel 4.1 Hasil pengolahan data dengan metode HVSR



Parameter



Hasil



Frekuensi Dominan (fo)



24,1643Hz ± 0,663415 Hz



Periode Dominan (To)



0,041383 s



Faktor Amplifikasi (Ao)



5,91846



Indeks Kerentanan Seismik (Kg)



1,449583



Gb 4.1 Tampilan Waveform di Lokasi Pengamatan (Stasiun 04)



Gb 4.2 Frekuensi dominan dan Amplifikasi di Lokasi Pengamatan (Stasiun 04)



13



Gb 4.3 Frekuensi dominan dan Amplifikasi dan Azimuth di Lokasi Pengamatan (Stasiun 04)



4.2 Komponen Vertical (U-D) Dengan menggunakan panjang cacahan 10 detik, durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 20 menit 50 detik dari 55 menit 25 detik maka hasil pengolahan data dapat dilihat pada tabel sebagai berikut.



Tabel 4.2 Hasil pengolahan data berdasarkan spectrum komponen Vertical (U-D)



Parameter



Hasil



Frekuensi Dominan (fo)



35,3951 Hz ± 0,605597 Hz



Periode Dominan (To)



0,028253 s



Amplitudo



596,55



Gb 4.4 Tampilan Waveform komponen Vertical (U-D)



14



Gb 4.5 Kurva Frekuensi dan Amplitudo pada komponen Vertical (U-D)



4.3 Komponen Horizontal (N-S) Dengan menggunakan panjang cacahan 10 detik, durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 26 menit 30 detik dari 55 menit 25 detik maka hasil pengolahan data dapat dilihat pada tabel sebagai berikut.



Tabel 4.3 Hasil pengolahan data berdasarkan spectrum komponen Horizontal (N-S)



Parameter



Hasil



Frekuensi Dominan (fo)



24,5321 Hz ± 0,642712 Hz



Periode Dominan (To)



0,040763 s



Amplitudo



1016,28



Gb 4.6 Tampilan Waveform komponen Horizontall (N-S)



15



Gb 4.7 Kurva Frekuensi dan Amplitudo pada komponen Horizontal (N-S)



4.4 Komponen Horizontal (E-W) Dengan menggunakan panjang cacahan 10 detik, durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 24 menit 20 detik dari 55 menit 25 detik maka hasil pengolahan data dapat dilihat pada tabel sebagai berikut.



Tabel 4.4 Hasil pengolahan data berdasarkan spectrum komponen Horizontal (E-W)



Parameter



Hasil



Frekuensi Dominan (fo)



26,0644 Hz ± 0,993435 Hz



Periode Dominan (To)



0,038367 s



Amplitudo



873,861



Gb 4.8 Tampilan Waveform komponen Horizontall (E-W)



16



Gb 4.9 Kurva Frekuensi dan Amplitudo pada komponen Horizontal (E-W)



5.



KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dengan panjang cacahan 10 s, maka, pada Metode HVSR durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 24 menit 20 detik dari 55 menit 25 detik, diperoleh frekuensi dominan sebesar 24,1643Hz ± 0,663415 Hz, periode dominan sebesar 0,041383 s, faktor amplifikasi sebesar 5,91846, dan indeks kerentanan seismik sebesar 1,449583. Pada Komponen Vertical (U-D) durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 20 menit 50 detik dari 55 menit 25 detik, frekuensi dominan sebesar 35,3951 Hz ± 0,605597 Hz, periode dominan sebesar 0,028253 s , amplitudo sebesar 596,55. Pada Horizontal (N-S) durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 26



menit 30 detik dari 55 menit 25 detik, frekuensi dominan sebesar 24,5321 Hz ± 0,642712 Hz, periode dominan sebesar 0,028253 s, amplitudo sebesar 1016,28. Pada



Komponen Horizontal (E-W) durasi perekaman sinyal yang didapatkan selama 24 menit 20 detik dari 55 menit 25 detik frekuensi dominan sebesar 26,0644 Hz ± 0,993435 Hz, periode dominan sebesar 0,038367 s, amplitudo sebesar 873,861.



5.2 Saran 17



Untuk hasil yang lebih maksimal, penulis menyarankan untuk melakukan pengukuran dibeberapa titik secara area, agar parameter yang dihasilkan dapat dipetakan.



DAFTAR PUSTAKA Daryono. 2009. Pengkajian Local Site Effect di Graben Bantul Menggunakan Indeks Kerentanan Seismik Berdasarkan Pengukuran Mikrotremor. Jurnal Kebencanaan Indonesia Vol. 2, No.1 Mei 2009. Yogyakarta: PSBA Ibrahim, G. d. (2005). Pengetahuan Seismologi. Jakarta: Badan Meteorologi dan Geofisika. Nakamura. (1989). A Method for Dynamic Characterictic Estimations of Subsurface using Mahmoud Y. Al-Qaryouti dan Eid A. Al-Tarazi. (2007). Local Site Effects Estimated from Ambient Vibration Measurements at Aqaba City. Jordan: Journal of Earthquake Engineering Mucciarelli et al. (1996). Increasing Seismic Safety By Combining Engineering Technologies And Seimological Data. Dordrecht: Springer SESAME European Research Project. 2004. Guidelines For The implimentation Of The H/V spectral Ratio On ambient vibrations. Research General Directorate Wallace, T. d. (1995). Modern Global Seismology. USA: Academic Press.



18



19