DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.033.04

## IDENTIFIKASI  KETEBALAN LAPISAN SEDIMEN DAN STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DI ZONA AMBLESAN KOTA LAMA SEMARANG BERDASARKAN DATA MIKROSEISMIK
Supriyadi a) , Khumaedi, Sugiyanto, R.H. Hidayatullah
Jurusan Fisika Universitas Negeri Semarang, Universitas Negeri  Semarang, Sekaran, Gunungpati Semarang
Email: a) supriyadi@mail.unnes.ac.id

## Abstrak
Sebagai  kota  di  pesisir  pantai  pulau  Jawa  Semarang  merupakan  tempat  yang  bersejarah  dengan bangunan-bangunan  kuno  peninggalan  Belanda  yang  disebut  kota  lama.  Dalam  rangka  melestarikan kota  lama  peninggalan  bersejarah  tersebut  perlu  dilakukan  kajian  struktur  bawah  permukaan  karena Semarang ini terutama daerah yang tersebar endapan alluvial sehingga memungkinkan terjadi Amblesan (subsidence). Amblesan ini dapat mengakibatkan banjir di daerah Semarang utara akibat banjir pasang (rob),  serta  terjadi  kerusakan  pada  bangunan-bangunan  peninggalan  bersejarah  tersebut.  Amblesan  ini disebabkan  oleh  beban  berat  di  atas  lapisan,  deformasi  lapisan  tanah  permukaan  dan  pemompaan  air tanah  kepermukaan.  Potensi  amblesan  ini  dapat  diketahui  melalui  kajian  struktur  bawah  permukaan dengan metode mikroseismik. Mikroseismik merupakan metode geofisika yang sering digunakan untuk survey pendahuluan mendeteksi ketidakstabilan lapisan batuan dengan memanfaatkan getaran kecil dari gelombang  seismik.  Akuisisi  data  dilakukan  dengan  menggunakan  alat  Seismometer  3  komponen  dan kemudian diolah dengan metode HVSR. Dari hasil pengolahan data diperoleh ketebalan lapisan sedimen pada kawasan gereja Blenduk berkisar antara 68-116 m. Kondisi struktur bawah permukaan di kawasan Gereja Blenduk yaitu terdiri dari batuan aluvial yang terbentuk dari sedimentasi delta, top soil, lumpur, dll dengan kedalaman 30 m atau lebih. Ketebalan sedimen permukannnya sangatlah tebal.
Kata-kata kunci : mikroseismik, amblesan, kota lama.

## Abstract
Semarang,  as  a  city  on  the  coast  of  Java  island,  is  a  historic  place  and  has  Dutch  heritage  buildings called the old city. In order to preserve the old historical heritage city, it is necessary to study subsurface structures.  Because  Semarang,  especially  the  area  with  the  distribution  of  alluvial  deposits,  allows  for subsidence.  This  subsidence  can  cause  tidal  flooding  in  the  northern  Semarang  area  and  damage  the historic buildings. This subsidence is caused by heavy loads above the layers, deformation of the surface soil, and pumping of soil water to the surface. The potential of subsidence can be determined through the  study  of  subsurface  structures  using  the  micro  seismic  method.  Micro  seismic  is  a  geophysical method  that  is  often  used  in  preliminary  surveys  to  detect  instability  of  rock  layers  by  utilizing  small vibrations from seismic waves. Data acquisition is carried out by using a 3 component Seismometer and then  processed  using  the  HVSR  method.  From  the  results  of  data  processing,  it  was  found  that  the thickness of the sediment layer in the Blenduk church area ranged from 68-116 m. The condition of the subsurface  structure  in  the  Blenduk  Church  area  is  composed  of  alluvial  rocks  formed  from
Received: 16 October 2018 Revised: 02 December 2018 Accepted: 28 December 2018 Published: 30 December 2018
sedimentation of  delta,  top  soil,  mud,  etc. with  a depth of 30 m or more. The  thickness  of the  surface sediment is very thick.
Keywords : microseismic, subsidence, old city.

## PENDAHULUAN
Kota lama merupakan suatu kawasan di kota Semarang dengan banyak bangunan-bangunan kuno nan  eksotis  dan  megah  peninggalan  Kolonial  Belanda.  Beberapa  bangunan  kuno  peninggalan penjajah Belanda di kawasan Kota Lama, seperti gereja Blenduk, gedung asuransi Jiwasraya, kantor pos  besar  Semarang,  stasiun  Tawang,  jembatan  Berok,  dan  lain  sebagainya.  Bangunan-bangunan tersebut berada di Semarang bagian utara yang menandakan bahwa pembangunan cenderung kearah pantai.  Dilihat  dari  perkembangan  garis  pantai  di  Semarang  mengalami  perubahan  yang  signifikan. Hal ini  mencirikan proses pengendapan yang terus berlangsung hingga kini dan menunjukkan bahwa endapan  yang  terbentuk  belum  mengalami  kompaksi  dan  berumur  relatif  muda  dibanding  dengan batuan dasar hingga dapat dikatakan sebagai endapan aluvial [1].
Penelitian amblesan di kota Semarang, khususnya di Semarang bagian bawah (Kota Lama) telah dilakukan  oleh  beberapa  peneliti  pada  10  tahun  terakhir  ini  [2-6],  penelitian  tentang  prediksi amblesan  tanah  (land  subsidence)  pada  daratan  aluvial  di  Semarang  bagian  Bawah,  yang  hasilnya menunjukkan  bahwa  a mblesan  lahan  pada  dataran  aluvial  di  sebagian Kota  Semarang dipengaruhi oleh sifat fisik dan mekanik tanah serta beban – beban di atas permukaan tanah. Semakin keutara (arah laut) laju amblesan semakin besar dan waktu amblesan semakin lama, ini dipengaruhi oleh indek pemampatan (Cc), dan koefisien konsolidasi (Cv). Semakin  besar  Cc amblesan  semakin dalam dan semakin kecil Cv waktu amblesan semakin lama [2].
Hasil  penelitian    amblesan  lahan  di  sebagian  kota  Semarang  di  Stasiun  Tawang  dan  Kota  Lama besarnya  5-10  cm  per  tahun.  Amblesan  di  sebagian  kota  Semarang  umumnya  terjadi  pada  dataran aluvial  dengan  kedalaman  yang  berbeda,  semakin  keutara  umumnya  amblesan  semakin  besar  [7]. Penjelasan    penyebab  amblesan  tanah  diduga  akibat  pemampatan  endapan  aluvial  secara  alami, pembebanan  bangunan,  pengurugan  tanah  dan  ekstraksi  air  tanah  melebihi  kemampuannya  ( Safe Yield ) [8].
Adanya  endapan  aluvial  yang  ada  di  daerah  penelitian  Kota  Lama  dapat  diindikasikan  melalui parameter, frekuensi natural ( F o ), amplifikasi maksimum ( A o ). Nilai ketebalan lapisan sedimen dapat diketahui dengan metode mikroseismik [9]. Metode Mikroseismik ini dapat digunakan untuk meneliti kondisi geologi bawah permukaan [10]. Hasil penelitian tersebut dapat menjelaskan kedalaman dari batuan dasar dan menggambarkan ketebalan lapisan lapuk atau lapisan sedimen yang berada di atas batuan  dasar.  Ketebalan  lapisan  sedimen  ( )  berhubungan  dengan  frekuensi  natural  ( )  dan kecepatan  gelombang  S  pada  permukaan  ( )  yang  diperoleh  dari  data  USGS  (United  States Geological Survey), dirumuskan persamaan sebagai berikut [11]:
(1)
Berdasarkan  persamaan (1) dapat dinyatakan  bahwa semakin kecil nilai frekuensi natural maka semakin tebal  lapisan  sedimen  sehingga  kedalaman dari batuan dasar juga semakin dalam [12-13]. Untuk mengetahui struktur bawah permukaan dengan mengetahui frekuensi natural bisa berdasarkan frekuensi natural mikroseismik oleh Kanai [14].

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilaksanakan  di  Kota  Lama,  khususnya  kawasan  gereja  Blenduk.  Kawasan  Kota Lama ini  oleh Pemerintah Kota Semarang telah dijadikan kawasan pariwisata sejak 15 tahun terakhir ini.  Alasan  utama  Kota  Lama  dijadikan  kawasan  pariwisata  adalah  banyaknya  bangunan  kuno
peninggalan  penjajah  Belanda  dan  perlu  informasi  struktur    bawah  permukaan.  Hal  ini  disebabkan oleh kondisi yang saat ini terjadi di Kota Lama, yaitu adanya intrusi air laut, amblesan dan banjir di musim hujan.  Fenomena ini tentunya sedikit banyak mempengaruhi kondisi bangunan yang ada di kawasan  tersebut.  Bangunan  kuno  peninggalan  Belanda,  diantaranya  Gereja  Blenduk,  Gedung Murba, Gedung keuangan seperti GAMBAR 1.
GAMBAR 1. Beberapa Bangunan Kuno Peninggalan Belanda di Kota Lama Semarang
Berdasarkan kajian awal di lapangan disusun tahapan penelitian seperti GAMBAR 2 berikut.
GAMBAR 2 . Diagram Alir Penelitian Mikroseismik untuk Menentukan Lapisan Sedimen dan Struktur Bawah Permukaan
Akuisisi  data  dilakukan  di  kawasan  Gereja  Blenduk  dengan  titik  ukur  sebanyak  12  seperti GAMBAR  3.  dengan  menggunakan  alat  Seismometer  3  komponen  merek  MAE.  Distribusi  titik  ini difokuskan  di  tengan-tengah  lokasi  penelitian.  Hal  ini  dimaksudkan    untuk  memperoleh  informasi lapisan  bawah  permukaan  di  lokasi  tersebut,  dimana  banyak  berdiri  bangunan  kuno  peninggalan penjajah Belanda yang sebagian sudah dijelaskan di bagian metode penelitian.

## GAMBAR 3. Desain Survei Lokasi Penelitian
Selama  pengambilan  data  usahakan  lokasi  titik  ukur  jauh  dari  noise,  dan  tanah  yang  berada  di lokasi  pengukuran  tidak  gembur  karena  jika  tanah  gembur  akan  terjadi  efek  peredaman  gelombang mikroseismik, sehingga dapat mempengaruhi data yang ditangkap seismometer [15].
Berdasarkan  pengukuran  data  gelombang  mikroseismik  di  lapangan,  data  diolah  dengan menggunakan  software  Geopsy.  Software  Geopsy  digunakan  untuk  mengubah  domain  waktu  pada data  gelombang  mikroseismik  menjadi  domain  frekuensi  menggunakan  fungsi  FFT  ( Fast  Fourier Transform ).  Kemudian,  spektrum  gelombang  seismik  diolah  menggunakan  metode Horizontal  to Vertical  Spectral  Ratio (HVSR)  sehingga  diperoleh  nilai  frekuensi  natural  ( F o )  dan  amplifikasi maksimum ( A o ). Dari data frekuensi natural dapat ditentukan nilai ketebalan lapisan sedimen (h) dan kondisi struktur bawah permukaan.

## HASIL DAN DISKUSI
Analisis dilakukan dengan melihat hubungan antara frekuensi natural, ketebalan lapisan sedimen, karakteristik tanah, dimana semua parameter tersebut dapat digunakan untuk pemetaan mikrozonasi Kawasan  Gereja  Blenduk  kota  lama  Semarang.  Persebaran  frekuensi  natural  dapat  dilihat  pada GAMBAR 3a. Sedangkan sebaran nilai ketebalan lapisan sedimen dapat dilihat pada GAMBAR 3b.
(a)
(b)
GAMBAR 4 . (a) Peta Sebaran F 0 dan (b) Peta Sebaran Ketebalan Lapisan Sedimen di Kawasan Kota Lama
Berdasarkan  GAMBAR  4a  dan  GAMBAR  4b  menunjukkan  bahwa    nilai  frekuensi  natural  di kawasan  Kota  Lama  sebesar  0.72-1.22  Hz.  Besarnya  frekuensi  natural  suatu  daerah  dapat mengidentifikasikan  jenis  tanah  di  daerah  tersebut. Jika  digunakan    hasil    sebagaimana  dirumuskan Kanai. seperti pada  Tabel 1[16], maka dapat diprediksi struktur bawah permukaan dan lapisan tanah secara kualitatif.
Berdasarkan  TABEL  1  klasifikasi  tanah  berdasarkan  nilai  frekuensi  natural  mikroseismik  oleh Kanai  dapat  diketahui  bahwa  struktur  bawah  permukaan  di  kawasan  gereja  Blenduk  Kota  Lama
Semarang terdiri dari batuan aluvial yang terbentuk dari sedimentasi delta, top soil, lumpur,  dengan kedalaman 30 m atau lebih. Ketebalan sedimen permukannnya sangatlah tebal.
Hasil  inversi  kurva  HVSR  yang  dilakukan  telah  didapatkan  nilai  kecepatan  gelombang  S  (Vs) bawah  permukaan  pada  masing-masing  titik  akusisi.  Dengan  berdasarkan  kurva  HVSR  berbasis gelombang badan dilakukan inversi dengan menggunakan software Dinver yang dikembangkan oleh Herak  [10]  sehingga  didapatkan  nilai  sebaran  Vs  wilayah  Kota  Lama  semarang  yang  digambarkan dalam  GAMBAR  5.  yang  merupakan  gambar  1D  nilai  Vs  wilayah  Kota  Lama  Semarang  (tampak atas  dan    dari    arah    Barat-Timur  bagian  atas    (A-B),    arah  Barat-Timur  bagian  tengah  (C-D),  dan arah  Barat-Timur  bagian  bawah  (E-F).  Dari  perubahan  bentuk  grafik  depth  -  V s ,  terlihat  bahwa wilayah  Kota  Lama  Semarang  memiliki  rata-rata  nilai  Vs  yang  rendah,  yaitu  sekitar  50-800  m/s. Kemudian  gambar  juga  menunjukan  kecepatan  gelombang  geser  rendah  (<150  m/s)  semakin menebal menuju arah utara dan arah selatan, sedangkan bagian tengah arah barat lapisan dengan Vs rendah tipis. Batas-batas kedalaman Vs ini menunjukan kedalaman bedrock tiap titik. Pada dasarnya bedrock struktur bawah permukaan dapat diketahui dari nilai Vs yang tinggi, yakni sekitar 1000 m/s. Namun  yang terjadi  di  wilayah  Kota  Lama  Semarang  ini berbeda, karena bedrock yang  didapatkan memiliki  nilai  Vs  dibawah  500  m/s  hal  ini  karena  memang  pada  dasarnya  hampir  seluruh  wilayah Kota  Lama  Semarang  tertutupi  oleh  endapan  permukaan  aluvium  dan  batu  pasir,  dengan bedrock berupa lempung dan konglomerat.
TABEL 1. Tabel Klasifikasi Tanah Berdasarkan Nilai Frekuensi Natural Mikroseismik [16]
Klasifikasi Tanah Frekuensi Dominan (Hz) Klasifikasi Kanai Deskripsi Tipe IV Jenis I 6,667-20 Batuan   Tersier   atau   lebih tua. Terdiri     dari     batuan Hard sandy, gravel, dll Ketebalan sedimen permukaannya sangat tipis, didominasi      oleh batuan keras Jenis II  4-6,667 Batuan alluvial, dengan ketebalan 5 m.Terdiridari sandy-gravel, sandy hard clay, loam, dll. Ketebalan sedimen permukaannya masuk dalam kategori menengah 5-10 meter Tipe III Jenis III 2,5-4 Batuan Aluvial dengan ketebalan >5m. Terdiri    dari sandy-gravel,  sandy hard  clay,  loam, Dll Ketebalan sedimen permukaan   masuk dalam kategori tebal, sekitar 10- 30 meter. Tipe II Jenis IV < 2,5 Batuan alluvial, yang terbentuk dari sedimentasi  delta,     top soil, lumpur, dll. Dengan kedalaman 30 m atau lebih Ketebalan sedimen permukaannya sangat tebal Tipe I (a)
(b)

## (c)
GAMBAR 5. (a) Profile 1D Gelombang Shear (Vs) Untuk pengukuran lintasan  (A-B), (b) Pengukuran lintasan (C-D), dan (c) Pengukuran lintasan (E-F).
Berdasarkan analisis kecepatan gelombang S pada lapisan bawah permukaan di Kota Lama dapat dimodelkan struktur lapisan tanah daerah penelitian yang ditunjukkan pada GAMBAR 6 berikut.
(a)
(b)

## (c)
GAMBAR 6. Sayatan  2D  lapisan  tanah  bawah  permukaan  (a)  sayatan  A-B (b) sayatan C-D (c) sayatan E-F
GAMBAR  6  menunjukkan  kondisi  lapisan  tanah  bawah  permukaan  daerah  penelitian. Berdasarkan tabel klasifikasi tanah nilai Vs maka dapat diinterpretasi bahwa nilai Vs lapisan sedimen di  Kota  Lama  Semarang  mulai  dari  100  –  1000  m/s.  Nilai  Vs  yang  tinggi  dari  500-1000  yang ditunjukkan dengan warna merah muda diinterpretasikan sebagai batuan bedrock yang terbentuk dari lapisan alluvial berupa batuan lempung yang lebih keras pada kedalaman lebih dari 50 m. Sementara itu  Nilai  Vs  yang  lebih  rendah  antara  200-500  m/s  yang  ditunjukkan  dengan  warna  kuning  muda diinterpretasikan sebagai batuan alluvial dengan ketebalan 20 m atau lebih yang terdiri dari batupasir dan  lempung.  Kemudian  untuk  nilai  Vs  20  m/s  sampai  dengan  200  m/s  yang  ditunjukkan  dengan warna  orange  diinterpretasikan  sebagai  top  soil  yang  terdiri  dari  batupasir,  pondasi  bangunan  serta lanau dengan kedalaman mulai dari 1 m hingga 10 m dan ketebalannya 5 m atau lebih.

## SIMPULAN
Dari hasil pengolahan data frekuensi natutral diperoleh ketebalan lapisan sedimen pada kawasan gereja Blenduk Kota Lama Semarang dan sekitarnya berkisar antara 68-116 meter. Kondisi struktur bawah  permukaan  meliputi  batuan  aluvial  yang  terbentuk  dari  sedimentasi  delta,  top  soil,  lumpur, dengan kedalaman 30 m atau lebih. Ketebalan sedimen permukannnya sangatlah tebal.
Berdasarkan analisis kecepetan gelombang S pada lapisan bawah permukaan di Kota Lama dapat dimodelkan struktur lapisan tanah daerah penelitian yang terdiri atas top soil dari permukaan sampai dengan  kedalaman  20  m,  lempung    pasiran  pada  kedalaman    21  sampai  70  m  dan  lebih  dari  71  m adalah batuan dasar (basement).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian  ini  adalah  bagian  penelitian  dengan  judul  Penelitian  Amblesan  dan  Kerentanan Kegempaan  untuk  Pengembangan  Wisata  di  Kawasan  Kota  Lama  Semarang.  Ucapan  terimakasih disampaikan  kepada  DRPM  Kemenristek    yang  telah  mendanai  penelitian  ini  dengan  skim  Hibah Penelitian  Kompetensi  dengan  kontrak  penelitian  Direktorat  Riset  dan  Pengabdian  Masyarakat Direktorat  Jenderal  Penguatan  Riset  dan  Pengembangan  Kementrian  Riset,  Teknologi,  dan Pendidikan Tinggi Tahun Anggaran 2018.

## REFERENSI
[1] Thaden, R. E., Sumadirja, Richard, W. 1996: Peta geologi lembar Magelang dan Semarang, Jawa Tengah , Direktorat Geoogi Bandung.
[2] Soedarsono, U. dan Sudjarwo, I.B. 2008. Amblesan  di daerah Porong, Kabupaten Sidoarjo, Jawa Timur. Jurnal Geologi Indonesia , Vol. 3 No. 1.  pp: 1-9
[3] Soebowo  ,E.,  Sarah,  D.,  Murdohardono,  D.,  dan  Wirabuana,  T.  2014.  Geologi  Bawah Permukaan
Wilayah  Amblesan  Tanah  di  Kota  Semarang. Prosiding  Pemaparan  Hasil  Penelitian  Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI Tahun 2014 pp: 57-63 .
[4] Sarah, D., Soebowo ,E., Mulyono,A., dan Satriyo,N.A. 2013. Model Geologi Teknik Daerah Amblesan Tanah Kota Semarang Bagian Barat. Prosiding Pemaparan Hasil Penelitian Puslit Geoteknologi – LIPI 2013 pp: 11-18.
[5] Fuji,  R.,  Pratikso,  dan  Soedarsono.  2017.  Pengaruh  Amblesan  Tanah  (Land  Subsidence) Terhadap  Perubahan  Luas  Genangan  Air  Pada  Dataran  Alluvial  Kota  Semarang  Bagian Timur (Studi Kasus : Kecamatan Genuk Dan Kecamatan Pedurungan). Prosiding SNST ke-8 Tahun 2017 Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang pp: 1-6
[6] Yuliyanti,  A.,  Sarah,  D.,  dan  Soebowo,  E.  2012.  Pengaruh  Lempung  Ekspansif  Terhadap Potensi Amblesan Tanah di Daerah Semarang. Riset Geologi dan Pertambangan Vol. 22 No. 2 pp: 105-114
[7] Tobing,  T.,  MHL  dan  Murdohardono,  D.  2001.  Evaluasi  Geologi  Teknik  Penurunan  Muka Air Tanah (land subsidence) Daerah Semarang dan Sekitarnya, DGTL, Bandung.
[8] Holtz, K. 1981. An Introduction to Geotechnical Engineeering , Prentice Hall New Jersay.
[9] Nakamura,  Y.  1989.  A  Method  for  Dynamic  Characteristic  Estimation  of  Subsurface  using Microtremor on The Ground Surface. Q.R. of RTRI . Vol. 30, No. 1, page 25-33.
[10] Ehsani,  N.,  Ghaemghamian,  M.R.,  Faslavi,  M.  and  Haghshenas,  E.  2015. Estimation  of Subsurface  Structure  Using  Microtremor  in  Karaj  City  Iran. 10th  Asian  Regional Conference of IAEG.
[11] Nakamura,  Y.  2008. On  The  H/V  Spectrum .  The  14th  World  Conference  on  Earthquake Engineering. Beijing, China.
[12] Zaharia, B., Radulian, M., Popa, M., Grecu, B., Bala, A. and Tataru, D. 2008. Estimation of the local response using the Nakamura method for the Bucharest area. Romanian Report in Physics , Vol. 60, No. 1, P. 131-144.
[13] Mala, H. U., Susilo, A. dan Sunaryo. 2015. Kajian Mikrotremor dan Geolistrik Resistivitas di Sekitar Jalan Arteri Primer Trans Timor untuk  Mitigasi Bencana . Jurnal Natural B , Vol. 3, No. 1.
[14] Putra,  D.  M.  A.,  Wibowo,  N.  B.  dan  Darmawan,  D.  2014. Indeks  Kerentanan Seismik Kabupaten Kulon Progo Berdasarkan Data Mikrotremor. Prosiding Seminar Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika, ISBN: 978-602-99834-6-3. Yogyakarta.
[15] SESAME.  2004. Guidlines  for  The  Implementation  of  H/V  Spectral  Ratio  Technique  on Ambient  Vibrations  Measurements,  Processing  and  Interpretation .  SESAME  European Research Project. Project No. EVG1-CT-2000-00026 SESAME.
[16] Arifin, S.  S., Mulyanto, B.S., Marjiyono  dan Setianegara, R. 2012. Penentuan Zona Rawan Guncangan  Bencana  Gempa  Bumi  berdasarkan  Analisis  Nilai  Amplifikasi  HVSR Mikrotremor  dan  Analisis  Periode  Dominan  Daerah  Liwa  dan  Sekitarnya. Jurnal  Geofisika Eksplorasi Vol. 2, No. 1.