Spatial Analysis of Surface Aquifer Thickness Based Frequency predominant in Bantul District

## Nugroho Budi Wibowo
BMKG Stasiun Geofisika Yogyakarta
Jl.Wates Km 8 Jitengan Balecatur Gamping Sleman D.I. Yogyakarta e-mail : nugrohobudiwibowo@gmail.com
Received 2-02-2015, Revised 23-02-2015, Accepted 25-02-2015, Published 30-04-2015

## ABSTRACT
This  research  was  conducted  in  Bantul  in  order  to  know  the  characteristics  of  the  aquifer thickness  on  the  top  layer  based  on  the  predominant  frequency  value.  This  research  was conducted by using 192  microtremor data and 32 bore hole data. The results showed that the thickness  of  the  aquifer  is  more  than  50  meters  are  in  Jetis,  Pundong  and  Bantul.  Aquifer thickness> 50 m dominant in areas with predominant frequency interval (fo) 0.5 - 5 Hz contained in the district of Bantul, Bambanglipuro, Jetis and Pundong.
Keywords: aquifer, bore hole data, microtremor, predominant frequency.

## ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan di Kabupaten Bantul dengan tujuan mengetahui karakteristik ketebalan akuifer  pada  lapisan  teratas  berdasarkan  nilai  frekuensi  predominan . Penelitian  ini  dilakukan dengan  menggunakan  192  data  pengukuran  mikrotremor  dan  32  data  Bor.  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa ketebalan akuifer lebih dari 50 meter berada di Kecamatan Jetis, Pundong dan Bantul. Akuifer dengan ketebalan > 50 m dominan pada kawasan dengan interval frekuensi predominan  ( fo )  0.5  –  5  Hz  yang  terdapat  di  Kecamatan  Bantul,  Bambanglipuro,  Jetis  dan Pundong.
Kata Kunci : akuifer, data bor, mikrotremor, frekuensi predominan.

## PENDAHULUAN
Air tanah terdapat dalam beberapa tipe geologi, dan salah satu yang terpenting adalah akuifer ( aquifer ). Akuifer merupakan formasi batuan yang dapat menyimpan dan melalukan air dalam jumlah  yang  cukup.  Material  penyusun  formasi    batuan  yang  masuk  dalam  kategori  akuifer antara lain pasir tak termampatkan, kerikil, batupasir, batugamping, dolomit berongga, aliran basalt,  batuan  malihan  dan  plutonik  dengan  banyak  retakan [2] .  Identifikasi  keberadaan  dan ketebalan  akuifer  secara  pasti  dapat  ditentukan  dengan  melakukan  pengeboran.  Data  bor merepresentasikan material penyusun dan ketebelan lapisan material yang terdapat pada suatu lokasi.  Biaya  operasional  yang  tinggi  dalam  pengeboran  membuat  ketersediaan  data  bor terbatas,  sehingga  perlu  dikembangkan  metode  lain  untuk  mengidentifikasi  keberadaan  dan ketebalan  akuifer.  Mikrotermor  sebagai  salah  satu  metode  dalam  geofisika  yang  didasarkan pada aktifitas pasif seismic dapat digunakan untuk melihat karakteristik  akuifer berdasarkan nilai  frekuensi  predominan.  Pengukuran  mikrotremor  dilakukan  untuk  menentukan
karakteristik  dinamis  (frekuensi  predominan  dan  faktor  amplifikasi)  dari  lapisan  tanah  yang dipelopori  oleh  Kanai  dan  Tanaka  pada  tahun  1954  dan  1961.  Karakteristik  mikrotremor mencerminkan  karakteristik  batuan  di  suatu  daerah.  Karakter  mikrotremor  mempunyai perbedaan  pada  pengukuran  di  daerah  dengan  kondisi  geologi  yang  berbeda.  Pengukuran mikrotremor sering dipraktikkan dalam karakterisasi suatu daerah karena kesederhanaannya, biaya yang rendah dan tidak mengganggu terhadap kegiatan lain [4] . Penelitian ini dilakukan di Kabupaten  Bantul  dengan  tujuan  mengetahui  karakteristik  ketebalan  akuifer  pada  lapisan teratas berdasarkan nilai frekuensi predominan. Data ketebalan akuifer berdasarkan 32 data bor yang terdapat di Kabupaten Bantul.

## DASAR TEORI
Gelombang seismik pada saat menjalar terjebak dalam lapisan tanah lunak, sehingga fenomena multi  refleksi  terjadi  yang  menghasilkan  getaran  tanah  yang  sama  dengan  periode.  Periode tersebut  dinamakan  periode  predominan  tanah.  Untuk  menentukkan  periode  getaran  tanah setempat dapat digunakan pengukuran mikrotremor [5] . Mikrotremor merupakan getaran tanah dengan  amplitudo  pergeseran  sekitar  0,1-1  μm  dan  amplitudo  kecepatan  0,001  cm/s  sampai 0,01  cm/s.  Mikrotremor  periode  panjang  dengan  periode  lebih  dari  1  detik  terkait  dengan struktur tanah yang lebih dalam yang menunjukan dasar dari batuan keras [3] . Penentuan nilai frekuensi predominan berdasarkan metode HVSR [7] . Ditinjau dari teorinya, persamaan HVSR untuk getaran terukur di permukaan dinyatakan :
HVSR = √(𝑨 (𝑼−𝑺) (𝒇)) 𝟐 +(𝑨 (𝑩−𝑻) (𝒇)) 𝟐 (𝑨 (𝑽) (𝒇)) (1)
HVSR = Horizontal to Vertical Ratio
𝐴 (𝑈−𝑆) (𝑓) = Nilai Amplitudo spektrum frekuensi komponen Utara-Selatan 𝐴 (𝐵−𝑇) (𝑓) = Nilai Amplitudo spektrum frekuensi komponen Barat-Timur
(𝐴 (𝑉) (𝑓)) = Nilai Amplitudo spektrum frekuensi komponen Vertikal
Hasil pengolahan HVSR berupa kurva HVSR seperti pada gambar berikut :
Gambar 1 . Nilai fo hasil pengolahan HVSR pada kurva HVSR
Data  bor  dimanfaatkan  untuk  memperoleh  profil  struktur  bawah  permukaan  dengan  variasi kedalaman  dari  20  –  120  m.  Informasi  yang  diperoleh  dari  data  bor  berupa  data  litologi,
deskripsi litologi, hidrostatigrafi dan konstuksi sumur.   Data hidrostatigrafi diklasifikasikan menjadi aquifer, aquiclud, dan aquitard [1] .
Gambar 2. Profil struktur bawah permukaan hasil pengolahan data bor.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  192  data  pengukuran  mikrotremor  di  sekitar Kabupaten  Bantul  yang  berasal  dari  BMKG  dan  32  data  Bor  yang  berasal  dari  Bidang Pertambangan dan Energi D.I  yogyakarta. Pengukuran mikrotremor menggunakan TDS-303 portabel seismograph , kompas geologi, GPS, dan Laptop. Standar operasional pengukuran alat tersebut berdasarkan pada SESAME European research project [6] dengan durasi pengukuran 30  menit  untuk  setiap  titiknya.  Pengolahan  data  menggunakan softwareNetRec , DataPro , Geopsy ,  dan Surfer .  Metode  pengolahan  data  mikrotremor  menggunakan  metode  HVSR ( Horizontal  to  Vertical  Ratio )  untuk  mengghasilkan  variabel  utama  berupa  data  frekuensi predominan  ( fo )  dan  faktor  amplifikasi  ( A ).  Variabel fo yang  digunakan  sebagai  input mikrozonasi frekuensi predominan di Kabupaten Bantul. Informasi yang digunakan dari data bor adalah ketebalan aquifer lapisan teratas pada  32 titik pengeboran. Kompilasi dari kedua data tersebut dianalisa untuk menentukan karaktersitik spasial ketebalan akuifer berdasarkan nilai frekuensi predominan.
1. Seismometer 2. Digitizer 3. Kabel Sensor 4. GPS 5. Solar cell
Gambar 3. Portabel Seismograph TDS 303S
Akuisisi data raw signal dengan
TDS-303S Format data miniseed Sesaray-Geopsy Amplifikasi H/V (A) Frekuensi predominan ( Fo ) Metode HVSR Mikrozonasi frekuensi predominan 32 Data Bor Kab. Bantul Klasifikasi aquifer, aquiclud dan aquitard Mikrozonasi ketebalan akuifer Analisis Spasial ketebalan akuifer berdasarkan nilai frekuensi predominan dan data bor di Kabupaten Bantul
Gambar 4. Diagram alir penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Mikrozonasi frekuensi predominan ( fo ) di Kabupaten Bantul
Mikrotremor adalah ambient vibration dengan amplitudo rendah dari tanah yang ditimbulkan oleh peristiwa alam maupun buatan manusia, seperti angin, gelombang laut, atau getaran dari kendaraan, dapat menggambarkan kondisi geologis dekat permukaan. Observasi mikrotremor dapat  memberikan  informasi  yang  berguna  mengenai  endapan  berdasarkan  nilai  frekuensi predominan  ( fo ).  Nilai  frekuensi  predominan  lebih  dari  1  Hz  dapat  mencerminkan  struktur bawah permukaan  yang dangkal dengan ketebalan beberapa puluhan meter merupakan jenis mikrotremor periode pendek. Sedangkan nilai frekuensi predominan kurang dari 1 Hz dapat mencerminkan  struktur  bawah  permukaan  yang  lebih  dalam  merupakan  jenis  mikrotremor periode panjang. Pengukuran mikrotremor dilakukan pada 192 titik amat di Kabupaten Bantul. Berdasarkan mikrozonasi frekuensi predominan, distribusi nilai frekuensi > 7 Hz di Kabupaten Bantul  terdapat  di  Kecamatan  Dlingo,  Piyungan,  Pajangan  dan  Sedayu.  Kawasan  tersebut berasosiasi  dengan  kawasan  perbukitan  yang  memiliki  lapisan  sedimen  dangkal.  Distribusi nilai frekuensi predominan < 7 Hz terdapat hampir diseluruh kecamatan di Kabupaten Bantul.
Tabel 1 . Sampel Data Frekuensi predominan ( fo ) pengukuran mikrotermor di Kab. Bantul
Id Lat ( 0 ) Long ( 0 ) Fo (Hz) Id Lat ( 0 ) Long ( 0 )
Fo (Hz) Id Lat ( 0 ) Long  ( 0 ) Fo (Hz) Id Lat ( 0 ) Long ( 0 ) Fo (Hz) 1 -7.83 110.30 13.00 16 -7.85 110.47 13.00 31 -7.89 110.33 3.70 46 -7.96 110.24 2.00 2 -7.85 110.28 13.00 17 -7.87 110.33 11.00 32 -7.98 110.35 6.00 47 -7.89 110.41 2.00 3 -7.85 110.30 13.00 18 -7.93 110.39 9.80 33 -7.93 110.33 2.88 48 -7.90 110.41 1.50 4 -7.82 110.32 13.00 19 -7.93 110.29 10.00 34 -7.91 110.41 6.80 49 -7.94 110.29 7.00 5 -7.83 110.27 13.00 20 -7.92 110.47 11.00 35 -7.94 110.28 9.50 50 -7.93 110.33 2.70 6 -7.85 110.27 13.00 21 -7.96 110.38 9.20 36 -7.89 110.33 2.88 51 -7.82 110.40 0.80 7 -7.85 110.25 13.00 22 -7.89 110.29 7.90 37 -7.92 110.35 3.42 52 -7.88 110.35 3.90 8 -7.83 110.25 13.00 23 -7.89 110.31 6.70 38 -7.91 110.32 2.60 53 -7.86 110.33 2.80 9 -7.87 110.45 13.00 24 -7.93 110.39 11.79 39 -7.99 110.22 1.50 54 -7.88 110.37 3.54 10 -7.88 110.45 13.00 25 -7.82 110.35 2.50 40 -7.91 110.28 5.10 55 -7.96 110.37 7.04 11 -7.83 110.28 13.00 26 -7.98 110.34 7.20 41 -7.89 110.37 4.35 56 -7.82 110.25 1.20 12 -7.88 110.31 13.00 27 -7.99 110.32 3.93 42 -7.92 110.34 3.20 57 -7.92 110.39 2.88 13 -7.82 110.27 10.40 28 -7.91 110.29 3.20 43 -7.98 110.24 1.80 58 -7.99 110.32 1.26 14 -7.88 110.30 13.00 29 -7.90 110.33 11.01 44 -7.99 110.23 1.75 59 -7.89 110.36 3.42 15 -7.86 110.32 13.00 30 -7.89 110.27 6.10 45 -7.92 110.31 2.60 60 -7.91 110.31 2.10
Sumber : BMKG
Gambar 4, menunjukkan variasi frekuensi predominan di Kabupaten Bantul dominan berada pada frekuensi rendah. Hal ini mengindikasikan bahwa Kabupaten Bantul didominasi lapisan sedimen yang dalam. Lapisan sedimen umumnya tersusun atas material pasir dan batu pasir sehingga lapisan sedimen memilki potensi akuifer yang tebal.
Gambar 4. Variasi frekuensi predominan ( fo ) di Kabupaten Bantul
Gambar 5. Peta Mikrozonoasi Frekuensi Predominan ( fo ) di Kabupaten Bantul

## Mikrozonasi ketebalan akuifer di Kabupaten Bantul
Akuifer merupakan formasi batuan yang dapat menyimpan dan melalukan air. Sistem akuifer di Kabupaten Bantul disusun oleh Sistem Akuifer Merapi (SAM)  yang terdiri dari beberapa formasi geologi. Pada bagian Utara SAM dibatasi oleh batuan Volkanik Merapi Tua berumur Plistosen Atas, dibagian Timur didasari batuan Tersier dari Formasi Semilir dan Nglanggeran. Pada  bagian  Barat  dan  Selatan,  SAM  didasari  batuan  Tersier  dari  Formasi  Sentolo.  Secara umum aliran airtanah di Kabupaten Bantul mengalir dari Utara menuju Selatan, berdasarkan garis kontur muka airtanah yang mempunyai kedudukan relatif sejajar dan semakin mengecil ke arah Selatan [1] . Analisis ketebalan akuifer diperoleh dari intepretasi data bor berdasarkan pengelompokan hidrostatigrafi. Ketebalan lapisan akuifer yang dipergunakan dalam analisa ini adalah  lapisan  akuifer  yang  terdekat  dengan  permukaan  tanah.  Berdasarkan  32  data  bor, ketebalan akuifer pada lapisan pertama bervariasi dari 0 – 90 m. Terdapat satu titik bor yang tidak  terdapat  lapisan  akuifer,  yaitu  Titik  Bor  E26BT  yang  terdapat  di  Sriharjo  Imogiri. Ketebalan akuifer antara 2 – 7 meter terdapat di Kecamatan Imogiri dan Kretek bagian Timur yang berbatasan langsung dengan Perbukitan Selatan Gunung Kidul. Ketebalan akuifer lebih dari 50 meter berada di Kecamatan Jetis, Pundong dan Bantul. Gambar 6, memberikan visual
mikrozonasi ketebalan akuifer lapisan teratas di Kabupaten Bantul. Gradasi warna dari orange menuju merah menujukkan semakin tebalnya akuifer pada lapisan teratas dan gradasi warna dari orange menuju hijau menunjukkan semakin tipis akuifer pada lapisan teratas. Berdasarkan mikrozonasi,  lapisan  akuifer  yang  tebal  berada  di  bagian  tengah  Kabupaten  Bantul  yang tersusun atas formasi Endapan Vulkanik Gunung Merapi Muda.
Tabel 2. Ketebelan akuifer lapisan pertama pada titik bor di Kabupaten Bantul
No Code Tebal akuifer pertama (m) No Code Tebal akuifer pertama (m) 1 66BL 10 17 TW15BT 11 2 E26BT 0 18 TW16BT 3 3 E29BT 2 19 TW18SL 90 4 E31BT 17 20 TW21BT 20 5 E30BT 8 21 TW24BT 37 6 IKK KRETEK 48 22 TW25BT 20 7 IKK IMOGIRI 78 23 TW32BT 8 8 IKK PANDAK 44 24 YG02 3 9 IKK JETIS 58 25 YK10 80 10 IKK SANDEN 14 26 YK15 77 11 IKK PUNDONG 78 27 YK09 1 12 IKK SEWON 39 28 YK11 24 13 NOGOSARI 7 29 YK17 15 14 TW11BT 68 30 YG03 50 15 TW07BT 59 31 YK12 10 16 TW14BT 16 32 YK08 27 Sumber : Anonim, 2006 [1]
Karakteristik akuifer berdasarkan nilai frekuensi predominan ( fo )
Kompilasi  data  mikrozonasi  frekuensi  predominan  dan  ketebalan  akuifer  untuk  mengetahui distribusi nilai frekuensi predominan pada variasi ketebalan akuifer. Gambar 7 memvisualkan distribusi ketebalan akuifer > 50 m pada beberapa variasi frekuensi. Analisis ketebalan akuifer di fokuskan pada lapisan akuifer dengan ketebalan > 50 m. Hal ini dikarenakan semakin tebal akuifer,  maka  potensi  airtanah  yang  terdapat  pada  lapisan  tersebut  semakin  tinggi.  Hasil analisis menunjukkan bawah akuifer dengan ketebalan > 50 m berada pada kawasan dengan frekuensi  predominan  ( fo )  <  0.5  Hz,  0.5  –  5  Hz  dan  5.1  –  10  Hz.  Namun,  akuifer  dengan ketebalan > 50 m dominan pada kawasan dengan interval frekuensi predominan ( fo ) 0.5 – 5 Hz.  Berdasarkan  Klasifikasi  Tanah  Kanai  dan  Omote-Nakajima  range  frekuensi  tersebut mendiksripsikan  batuan  alluvial  hasil  sedimentasi.  Kawasan  tersebut  berada  di  Kecamatan Bantul, Bambanglipuro, Jetis dan Pundong.
Gambar 6. Peta Mikrozonoasi Ketebalan Akuifer di Kabupaten Bantul
Gambar 7. Peta Analisa Frekuensi predominan dan Ketebalan Akuifer di Kabupaten Bantul
Berdasarkan  analisis  ketebalan  akuifer  dan  frekuensi  predominan  ( fo )  menunjukkan  bahwa terdapat hubungan secara spasial antara ketebalan akuifer dengan nilai frekuensi predominan. Akuifer  yang  tebal  dominan  berada  pada  wilayah  dengan  nilai  frekuensi  predominan  yang rendah ( < 5 Hz).

## KESIMPULAN
Distribusi  nilai  frekuensi  predominan  >  7  Hz  di  Kabupaten  Bantul  terdapat  di  Kecamatan Dlingo,  Piyungan,  Pajangan  dan  Sedayu.  Sedangkan  nilai  frekuensi  predominan  <  7  Hz terdapat  hampir  diseluruh  kecamatan  di  Kabupaten  Bantul.  Ketebalan  akuifer  pada  lapisan pertama di Kabupaten Bantul bervariasi dari 0 – 90 m. Ketebalan akuifer antara 2 – 7 meter terdapat  di  Kecamatan  Imogiri  dan  Kretek  bagian  Timur  yang  berbatasan  langsung  dengan Perbukitan Selatan Gunung Kidul. Ketebalan akuifer lebih dari 50 meter berada di Kecamatan
Jetis, Pundong dan Bantul. Akuifer dengan ketebalan > 50 m dominan pada kawasan dengan interval  frekuensi  predominan  ( fo )  0.5  –  5  Hz  yang  terdapat  di  Kecamatan  Bantul, Bambanglipuro, Jetis dan Pundong.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim. 2006. Penyelidikan Potensi Airtanah (Cekungan Airtanah Sleman – Yogyakarta di Kabupaten Bantul). Disperindagkop Bidang Pertambangan dan Energi. Yogyakarta.
2. Fetter,C.W. 1994. Applied Hydrogeology.3 th edition .Mac Millan Publishing.New York.
3. Mirzaoglu,  Mete.  and  Dýkmen,  Ünal.  2003. Application  of  microtremors  to  seismic microzoning procedure. Balkan: Jornal of the Balkan Geophysical, Vol. 6, No. 3,pp. 143 – 156.
4. Motamed,  R.,  Ghalandarzadeh,  A.,  Tawhata,  I.  and  Tabatabei,  S.H.  2007. Seismic Microzonation and Damage Assessment of Bam City. Southern Iran: Journal of Earthquake Engineering. 11:1,pp. 110-132.
5. Nakamura,  Y.  1989. A  Method  for  Dynamic  Characteristics  Estimation  of  Subsurface using Microtremor on the Ground Surface . Japan: Quarterly Report of Railway Technical Research Institute (RTRI), Vol. 30, No.1.
6. SESAME. 2004. Guidelines for theimplementation of the h/v spectral ratio technique on ambient vibrationsmeasurements, processing and interpretation.
7. Wibowo, N. B., Gunawan, A. 2014. Analisis Spasial Respon Bendungan terhadap Model Peak  Ground  Acceleration  (PGA)  Berdasarkan  Karakteristik  Mikrotremor,  Geologi Regional  dan  Amatan  Instrumentasi  pada  Bendungan  Sermo  Kulonprogo. Indonesian Journal of Applied Physics (2014) Vol.4 No.2.pp.115-125.