RESPONS SPEKTRA GEMPA BUMI DI BATUAN DASAR KOTA BITUNG SULAWESI UTARA PADA PERIODE ULANG 2500 TAHUN
Guntur Pasau 1)
1) Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sam Ratulangi Manado, 95115 e-mail: pasaujunior@gmail.com

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  analisis  respons  spektra  gempa  bumi  di  Kota  Bitung  Sulawesi  Utara menggunakan  teori  probabilitas  total.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menentukan  percepatan gempa maksimum di batuan dasar Kota Bitung pada probabilitas 2% terlampaui dalam 50 tahun atau  setara  dengan  periode  ulang  2500  tahun.  Resiko  gempa  dianalisis  menggunakan  bantuan software PSHA-USGS 2007.  Hasil analisis menunjukkan bahwa percepatan tanah maksimum di batuan  dasar  Kota  Bitung  dan  sekitarnya  sebesar  0,7  g  dengan  kontribusi  terbesar  berasal  dari penunjaman lempeng laut Maluku ke arah barat.  Kejadian gempa rata-rata tiap tahun sekitar 5-6 kali dan sebagian besar disebabkan oleh sumber gempa dangkal dan sumber gempa dalam.
Kata kunci:  batuan dasar,  gempa, respons spektra

## THE RESPONSE OF SPECTRAL EARTHQUAKE ON THE BEDROCK OF BITUNG CITY NORTH SULAWESI DURING 2500-YEAR-RETURN PERIOD

## ABSTRACT
The  response  of  spectral  earthquake  was  analyzed  on  the  bedrock  Bitung  North  Sulawesi  using the theory of total probability. This research aimed to determine the peak of ground acceleration on  this  bedrock  using  exeeded  probability  of  2%  during  50-year-return  period  (equivalent  to 2500-year-return period). Seismic risk  was analyzed using software of PSHA-USGS 2007.  The analysis result indicated that the maximum ground acceleration on this bedrock and surrounding areas of 0.7 g.  The biggest contribution to this acceleration came from the subduction of Maluku sea plate to the west.  The average incidence of the earthquake was about 5-6 times per year and most of the resulted from the sources of shallow and deep earthquakes.
Keywords: bedrock, earthquakes, spectral respons

## PENDAHULUAN

## Latar Belakang
Kota  Bitung   terletak  pada  posisi geografis  diantara  1 0 23’23‘’  –  1 0 35’39”  LU dan  125 0 1‘43‘’ –125 0 18’13’’BT (Gambar 1).
Dilihat  dari  kondisi  tektoniknya  Bitung dipengaruhi  oleh  subduksi  Sulawesi  utara ( Minahasa  trench )  subduksi  ganda  ( double subduction )  Laut  Maluku  dan  penunjaman lempeng laut Filipina. Dengan kondisi terebut diatas  sehingga  Bitung  sangat  rawan  akan bencana gempa bumi dan tsunami. Berkaitan dengan  kondisi  tersebut,  salah  satu  upaya yang  bisa  dilakukan  untuk  meminimalkan dampak  bencana  gempa  adalah  menyiapkan semua  prasarana  yang  dibangun  di  Bitung dan sekitarnya yang tahan terhadap goncangan  gempa  bumi.  Salah  satu  upaya
mitigasi  tersebut  hanya  dapat  dilakukan dengan  cara  mengetahui  karakteristik  gempa sehingga  kita  dapat  memodelkan  sumber gempa  untuk  menentukan  percepatan  gempa di wilayah yang ditinjau.
Respon spektra gempa bumi merupakan  suatu  hal  yang  diperlukan  untuk menunjukkan  tingkat  resiko  gempa  suatu wilayah  terutama  untuk  wilayah  dengan tingkat  aktifitas  kegempaan  yang  tinggi. Respon spectra ini berupa suatu kurva hazard yang  merupakan  peta  zonasi  percepatan maksimum  dibatuan  dasar  untuk  perioda ulang  2500  tahun  yang  dibuat  berdasarkan hasil  analisis  seismic  hazard  probabilistik ( Probabilistic seismic hazard analysis /PSHA) dengan menggunakan model sumber  gempa  tiga  dimensi  (3-D).  Studi  di Kota Bitung dan sekitarnya dilakukan karena
mengingat daerah ini aktivitas seismotektoniknya  cukup  tinggi  sebagai akibat dari penunjaman yang sangat kompleks  dari  penunjaman  lempeng  laut Maluku,  lempeng  Filipina    dan  subduksi Sulawesi Utara.
Gambar 1. Peta Lokasi Daerah Penelitian.

## Ruang Lingkup
Ruang  lingkup  penelitian  meliputi  wilayah Kota  Bitung  dan  sekitarnya.  Data  gempa yang  digunakan  hanya  gempa  utama  ( main sock ) yang bebas dari gempa susulan dengan magnitudo ≥5  Mw  serta  mempunyai kedalaman maksimum 300km.

## Tujuan
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui respon  spketra  gempa  di  Kota  Bitung Sulawesi Utara pada probabilitas 2%
terlampaui dalam 50 tahun atau pada periode ulang  2500  tahun.  Dari  hasil  plot  respon spektra dapat diketahui percepatan maksimum  goncangan  gempa  dan  sumber gempa  apa  saja  yang  mempunyai hazard yang signifikan di wilayah yang ditinjau.

## TINJAUAN PUSTAKA

## Kondisi Tektonik Bitung
Bagi beberapa ilmuan khususnya ahli geologi  dan  ahli  kebumian,  Pulau  Sulawesi tidak hanya menarik sebagai objek penelitian karena  mempunyai  himpunan  bebatuan  dari segala  jenis  dan  tingkatan  umur  yang kompleks,  mempunyai  beberapa  sumberdaya alam  yang  melimpah,  tetapi  Sulawesi  juga mempunyai  kondisi  kegempaan  yang  sangat fenomenal.  Pulau  Sualwesi  merupakan  salah satu pulau yang telah mengalami suatu proses tektonik  yang  sangat  kompleks  dalam  waktu geologi.  Bentuk  pulau  ini  yang  menyerupai huruf  K  setidaknya  memberikan  gambaran
bahwa  pulau  ini  mempunyai  karakteristik berbeda khususnya kondisi geologi.
Kondisi pulau Sulawesi yang dibentuk  oleh  interaksi  setidaknya  tiga lempeng bumi; yaitu lempeng Pasifik dengan pergerakan  relatif  ke  barat,  lempeng  Indo- Australia  yang  bergerak   relatif  ke  utara  dan lempeng  Eurasia  yang  relatif  stabil,  tentu sangat  potensial  untuk  terjadi  gempa  akibat interaksi ketiga lempeng diatas tadi. Sehingga gempa  yang  terjadi  dibeberapa  tempat  yang ada di Sulawesi Selatan bukan merupakan hal yang  luar  biasa,  tetapi  merupakan  sebuah keniscayaan.
Kota  Bitung  yang  secara  geologis sangat  dipengaruhi  oleh  Zona  tumbukan ganda laut Maluku yang sangat kompleks dan Subduksi  Sulawesi  Utara.  Zona  tumbukan laut  Maluku  sebelah  utara  busur  Banda merupakan  zona  tumbukan  antara  busur kepulauan  yaitu  busur  Sangihe  di  sebelah barat  dan  busur  Halmahera  di  sebelah  timur. Di bawah zona tumbukan  Laut Maluku yang memanjang dalam arah utara-selatan ini telah diamati  adanya  suatu  penunjaman slab dari lempeng  laut  Maluku  dengan  konfigurasi penunjaman  yang  sangat  unik,  dimana slab dari  lempeng  yang  sama  menunjam  ke  dua arah  yaitu  barat  dan  timur  berbentuk  seperti U terbalik (Widiyantoro, 2007).
Sementara  Subduksi  Sulawesi  Utara ( Minahasa  Trench )  yang  oleh  ahli  kebumian diinterpretasikan  merupakan  zona  subduksi konvergen  antara  Laut  Sulawesi  dan  Lengan Utara  Sulawesi  (Hamilton,  1979).  Zona subduksi  Sulawesi  Utara  termasuk  kedalam sistim  penunjaman  yang  relatif  tua  ( dying subduction ) yang robekannya berkembang ke arah  timur  sepanjang  tepian  utara  Sulawesi. Penunjaman Sulawesi Utara menyusup dengan sudut kemiringan sekitar 14 0 dan zone benioff menunjam  sampai  kedalaman  170- 180 km, dengan sudut kemiringan sekitar 45 0 .
Resiko Gempa
Resiko  gempa  adalah  kemungkinan terlampauinya  ( probability  of  exceedance ) suatu  gempa  dengan  intensitas  tertentu selama  suatu  masa  guna  bangunan.  Resiko gempa ini dapat dinyatakan dalam bentuk,
N a n R R ) 1 ( 1   
……………… (1)
dimana,
R n = resiko gempa R a = resiko tahunan = 1/ T
N = masa guna bangunan
T = perioda ulang gempa Saat ini, peraturan bangunan internasional  terbaru  untuk  bangunan  tahan gempa menggunakan peta hazard kegempaan dengan  resiko  terlampaui  sebesar  10%  dan  2 %  selama  masa  guna  bangunan  50  tahun ( 10% and 2% probability of exceedance in 50 years )  atau  periode  ulang  gempa  475  tahun dan 2475 tahun.

## Identifikasi Sumber- Sumber Gempa
Identifikasi sumber gempa diperlukan untuk mengetahui sumber-sumber gempa yang memiliki potensi untuk menghasilkan kejadian gempa yang mempengaruhi  suatu  daerah  tertentu.  Suatu sumber  gempa  menggambarkan  suatu  area pada sebuah lempeng yang memiliki karakteristik  aktivitas  gempa  yang  berbeda terhadap lempeng disekitarnya. Suatu sumber gempa  dapat  diidentifikasi  berdasarkan  data- data  geologi,  seismologi  dan  geofisika (Irsyam, 2008). Berdasarkan data-data struktur  geologi  yang  digabungkan  dengan data-data  kejadian  gempa  historis,  maka dapat  diperkirakan  tingkat  tegangan  tektonik yang  terjadi.  Zona  sumber  gempa  di Indonesia  dapat  diklasifikasikan  dalam  tiga jenis  berdasarkan  mekanismenya,  yaitu  zona subduksi, zona transformasi ( shallow crustal ) dan  zona diffuse  seismicity .  Seluruh  zona sumber  gempa  tersebut  tergolong  aktif  tetapi hanya  beberapa  sumber  gempa  saja  yang pernah menghasilkan kejadian gempa dengan Mw >  8,5  dalam  kurun  waktu  dua  abad terakhir.

## Parameter Hazard Kegempaan
Parameter hazard kegempaan  dapat menunjukkan aktifitas kegempaan pada suatu wilayah.  Parameter hazard kegempaan  yang digunakan dalam analisis adalah : recurrence rate ,  magnitude  maksimum, slip  rate dan fungsi  atenuasi.  Sebelum  melakukan  analisis hazard kegempaan,  perlu  dilakukan  evaluasi terhadap  seluruh  data  kejadian  gempa  yang pernah terjadi. Selanjutnya dilakukan pengumpulan  dan  pengolahan  data  gempa, pembuatan  model  zona  sumber  gempa, perhitungan b-value dan annual  rate , penentuan  magnitude  maksimum  dan slip rate , serta pemilihan fungsi atenuasi.

## Analisis Resiko Gempa
Analisis  resiko  gempa  dilakukan dengan  menerapkan  teori  probabilitas  total yang  diusulkan  oleh  Mc  Guire  (1976).  Teori ini mengasumsikan  magnitudo gempa M dan jarak R sebagai  variabel  acak  independen yang  menerus.  Dalam  bentuk  umum  teori probabilitas total ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
[     ]
∬ [     |       ] ( ) ( ) …(2)
dimana :
f M : fungsi distribusi dari   magnitudo f R : fungsi distribusi dari jarak hiposenter P [ I ≥ i | m dan r ] : probabilitas bersyarat dari intensitas I yang melampaui nilai i pada suatu lokasi yang ditinjau untuk kejadian gempa dengan magnitudo M dan jarak hiposenter R .

## METODOLOGI PENELITIAN

## Pengumpulan dan Pengolahan Data
Gempa
Langkah  awal  yang  diakukan  adalah mengumpulkan  data  sumber  gempa  dari berbagai  katalog  gempa  seperti  USGS  dan ANSS  selama  selang  pengamatan  dari  tahun 1963-2010.  Data-data  yang  berasal  dari katalog  gempa  tersebut  perlu  dikoreksi  dan diproses dengan menggunakan prinsip- prinsip  statistik  sebelum  digunakan  dalam analisis untuk mengurangi bias dan mendapatkan  hasil  yang  optimal.  Langkah selanjutnya  adalah  melakukan  penyeragaman skala  magnitudo  kedalam  skala moment magnitude ( Mw ) dengan menggunakan rumusan  yang  diusulkan  oleh  Scrodilis (2006).  Data-data  yang  telah  mempunyai skala  magnitudo  yang  sama  kemudian  diplot seperti pada Gambar 2 dengan menggunakan bantuan software  ZMAP  ver  6.0  under Mathlab (Wiemar, 2001).
Gambar 2. Data Hiposenter Gempa Pulau Sulawesi dari tahun 1963-2010 (Sumber Data Kompilasi USGS dan ANSS)
Selanjutnya  adalah  melakukan  sortir data  untuk  menentukan  gempa  utama ( mainsock )  yang  bebas  dari  gempa-gempa ikutan  ( foresock dan aftersock ).  Pemisahan kejadian  gempa  utama  dilakukan  dengan menggunakan  kriteria  empiris  yang  diajukan oleh  Gardner  dan  Knopoff  (1974).  Untuk analisis  kelengkapan  data  gempa  digunakan metoda  yang  diusulkan  oleh  Stepp  (1973). Kejadian  gempa  dari  gabungan  katalog tersebut  meliputi  area  mulai  118 o BT  hingga 127 o BT  dan  7 o LS  hingga  5 o LU,  dan  data gempa lengkap dengan magnitude lebih besar atau  sama  dengan  5  seperti  yang  tampilkan pada Gambar 3.
Setelah  gempa  utama  ditentukan maka  dilakukan  analisis hazard kegempaan menggunakan software PSHA-USGS  2007 untuk  menentukan  spektra  analisis  berupa kurva hazard gempa.

## Pemodelan Zona Sumber Gempa
Pada  studi  ini,  zona  sumber  gempa terbagi atas zona dangkal ( shallow ) dan zona dalam  ( deep ),  zona megathrus di  sekitar subduksi  Sulawesi  Utara  dan  penunjaman Laut  Maluku    serta  zona  ssesar  ( fault )  di pulau  Sulawesi.  Pemodelan  zona  sumber gempa  ditentukan  dengan  menganalisa  sudut penunjaman pertemuan lempeng yang
ditujukan  untuk  memisahkan  sumber  gempa yang  berbeda  jenis  mekanismenya  yang terletak pada area yang sama. Pola penyebaran  titik-titik hypocenter gempa disepanjang  pola  tektonik  dapat  diperkirakan dengan  membagi  zona  sumber  gempa tersebut  menjadi  beberapa  segmen  dan mengambil  potongan  melintang  distribusi epicenter sumber  gempa  pada  setiap  segmen tersebut.  Parameter a-b didapatkan  dari pengelompokan data berdasarkan area sumber  gempa  dan  jenis  mekanismenya,  dan ditentukan  dengan  menggunakan  model Guttenberg-Richter  recurrent  relationship (Gutenberg dan Richter, 1944).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  analisis  probabilitas  seismik hazard berupa respon spektra pada probabilitas  2%  terlampaui  dalam  50  tahun atau  pada  periode  ulang  2500  tahun  untuk Kota  Bitung  Sulawesi  Utara  disajikan  dalam bentuk  kurva hazard .  Hasil  analisis  kurva hazard adalah  merupakan  hubungan  antara laju  kejadian  pertahun  ( annual  rate  of exceedance ) terhadap besar hazard
(percepatan  gerakan  tanah  akibat  gempa) yang  terjadi.  Dari  grafik  kurva hazard kita dapat  mengetahui  kontribusi  masing-masing sumber  gempa  yang  sangat  signifikan  dapat terjadi  dan  sangat  rentan  terhadap  suatu site yang  ditinjau.  Selain  itu  dari  kurva hazard juga  dapat  menunjukkan  dan  menjelaskan mengenai  kejadian  rata-rata  suatu  gempa dalam setahun.
Pada kurva hazard yang dihasilkan di batuan  dasar  di  Kota  Bitung  seperti  yang ditampilkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva Hazard Gempa Kota Bitung
Dari  Gambar  3  diatas  menunjukkan bahwa  untuk  Kota  Bitung  percepatan maksimum  gerakan  tanah  di  batuan  dasar ( bed  rock )  pada  probabilitas  2%  terlampaui dalam  50  tahun  atau  setara  dengan  periode ulang  2500  tahun  adalah  sekitar  0,7  g. Penyebab  terbesar  disebabkan  oleh  adanya aktivitas  dari West  Sangihe  Thrust atau penunjaman  ganda  laut  Maluku  yang menunjam  ke  arah  barat  dan  tepat  di  depan sebelah  timur  Kota  Bitung.  Penyebab  kedua terbesar adalah adanya gempa-gempa dangkal  ( shallow )  yang  cukup  memberikan resiko  yang  cukup  signifikan  di  sekitar wilayah  Bitung.  Kedua  sumber  gempa tersebut  berada  pada  kedalaman  dangkal yakni  kurang  dari  50  km  dan  mempunyai percepatan  gempa  di  batuan  dasar  masing- masing yakni sekitar 0.6 g dan 0.5g.
Sedangkan  sumber  gempa  dalam ( deep )    dan megathrust dari  Subduksi Sulawesi Utara nilainya cukup kecil dibandingkan  dengan  kedua  sumber  gempa sebelumnya di atas dan mempunyai percepatan sekitar 0.3 g dan 0.2g. Dari nilai- nilai  percepatan  gempa  di  batuan  dasar  ini pada  probabilitas  terlampui  2%  dalam  50 tahun  menunjukkan  bahwa  Kota  Bitung sangat rentan terhadap gempa-gempa merusak  baik  yang  berada  pada  kedalaman dangkal maupun dalam.
Sumber gempa yang mempunyai laju rata-rata  kejadian  pertahun  ( annual  rate  of exceedance )  terbesar  adalah  sumber  gempa shallow  background dan  gempa-gempa dalam  ( deep  background ).  Gempa-gempa yang  diakibatkan  oleh shallow  background
terjadi pada zona dangkal pada kedalaman 0- 50  km.  Sedangkan  gempa-gempa deep background berada  pada  50  sampai  300  km. Dari  nilai annual  rate of  exceedance (laju rata-rata  kejadian  per  tahun)  kedua  sumber gempa diatas hampir dapat dipastikan bahwa kejadian  gempa  pertahunnya  terjadi  hampir 5-6 kali dengan magnitudo lebih besar dari 5 Mw.  Sementara  sumber  gempa megathrust akibat  subduksi  Sulawesi  Utara  dan fault ( West  Sangihe  Thrust )  kejadian  pertahunnya sangat  jarang  akan  tetapi  kalau  terjadi  akan menghasilkan percepatan gerakan tanah yang sangat besar.

## KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Dari  hasil  analisis  respon  spketra  gempa untuk  wilayah  Bitung  dan  sekitarnya  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Percepatan  gempa  maksimum  di  batuan dasar Kota Bitung pada probabilitas 10% terlampaui dalam 50 tahun adalah sekitar 0.7  g.  Nilai  percepatan  ini  kontribusi terbesar berasal dari sumber gempa yang kedalamannya kurang dari 50 km.
2. Wilayah Bitung dan sekitarnya mempunyai aktivitas tektonik yang cukup tinggi sebagai akibat dari adanya beberapa  aktivitas  penunjaman  seperti penunjaman  laut  Maluku    dan  dan Subduksi Sulawesi Utara.

## Saran
1. Perlu  dilakukan  penelitian  yang  lebih mendetail tentang sumber-sumber gempa yang  ada  di  wilayah  Bitung  agar  dalam pemodelan  sumber  gempa  dapat  lebih teliti.
2. Dari  nilai hazard gempa  yang  diperoleh mengindikasikan bahwa wilayah Sulawesi  Utara  dan  sekitarnya  sangat rentan  terhadap  bahaya  gempa,  maka dalam  pembuatan  gedung  atau  sarana infrastruktur  sangat  diharapkan  untuk selalu memperhitungkan faktor percepatan gempa.
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 Ann u al Ra te of Ex ceed ance Peak Ground Acceleration (g) Shallo w Deep Fault
Megat hrust Total

## DAFTAR PUSTAKA
Gardner,  J.K.,  Knopoff,  L.  1974. Is  the
Sequence  of  Earthquakes  in  Southern California,  with  Aftershocks  removed, Poissonian. Bulletin of the Seismological  Society  of  America, Vol. 64 , No. 5, pp. 1363-1367.
Gutenberg, B., Richter, C.F. 1944. Frequency of Earthquakes in California , Bulletin of the Seismological  Society  of  America,
Vol. 34 , No. 4, pp. 185–188,
Hamilton,  W.B.  1979. Tectonics  of  the Indonesian  region :  USGS  Prof.  Paper,
1078 , 345.
Irsyam,  M;  Hoedajanto,  D;  Kertapati  K,  E;
Boen  T,  Petersen,D,  M,;  Dangkua,  T, D.  2008.  Usulan  Revisi  Peta  Hazard Kegempaan Wilayah Indonesia Bandung, HATTI.
Stepp, J.C. 1973. Analysis of Completeness of the  Earthquake  Sample  in  the  Puget Sound Area, NOAA Technical Report,
ERL  267-ESL  30,  pp.  16-28.  Boulder,
Colombia: NOAA.
Widiyantoro,  S.  2007.  Fisika  dan  Struktur Interior Bumi. Penerbit Badan Meteorologi dan Geofisika Jakarta. Wiemar,  S.  2001.  A  software  package  to analyze seismicity. ZMAP, Seismological  Research  Letters, 72 ( 2 ), 373-382.