4.2LANDASAN TEORI DAN PROSEDUR OPERASIONAL4.2.1METODE MAGNETMetoda magnetik adalah salah satu metoda geofisika yang digunakan untuk mengetahui kondisi bawah permukaan bumi berdasarkan sifat fisis suseptibilitas/kerentanan magnetik batuan. Berdasarkan informasi geologi, daerah Karangsambung merupakan daerah yang mempunyai struktur dan jenis batuan yang kompleks, atas dasar ini maka dilakukan penelitian geologi bawah permukaan di daerah karangsambung dengan menggunakan metoda geomagnetik.Tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan pengolahan data magnetik dengan menggunakan data lapangan sampai mendapatkan anomali medan magnet total. Untuk mendapatkannya dilakukan koreksi-koreksi yang mempengaruhi data magnetik, diantaranya koreksi IGRF (International Geomagnetic Reference Field) yang sesuai dengan posisi serta waktu pengukuran (akuisisi data) dan Koreksi Variasi Harian.

Diharapkan dengan menggunakan geomagnetik ini akan diperoleh informasi bawah permukaan mengenai jenis batuan berdasarkan kontras suseptibilitas di daerah penelitian di Karangsambung. Dalam metoda ini digunakan anomali magnetik sebagai bahan analisis dan interpretasi hasil penelitian. Anomali lokal dapat menunjukkan sumber dan sebaran anomali kemagnetan sehingga dapat diketahui struktur bawah permukaan suatu lokasi melalui sifat kemagnetan batuannya.

A. Teori Dasar Gaya Magnetik

Jika dua buah benda atau kutub magnetik terpisah pada jarak r dan muatannya masing-masing m1 dan m2 maka gaya magnetik yang dihasilkan adalah :

dimana :

= permeabilitas magnetik yang menunjukkan sifat suatu medium

F = gaya magnetik pada m2

r = vektor satuan ber-arah dari m1 ke m2 Kuat Medan Magnet

Kuat medan magnetik pada suatu titik dengan jarak r dari muatannya dapat dinyatakan sebagai :

Intensitas Magnetik

Suatu benda magnetik yang ditempatkan pada suatu medan magnet dengan kuat medan H, maka akan terjadi polarisasi magnetik pada benda tersebut yang besarnya diberikan oleh :

biasa disebut juga sebagai Intensitas Magnetisasi dan k adalah kerentanan magnetik yang merefleksikan sifat kemagnetan suatu benda atau batuan. Susceptibilitas / Kerentanan MagnetikSusceptibilitas dinyatakan sebagai tingkat / derajat termagnetisasinya suatu benda karena pengaruh medan magnetik dan hubungan k dalam satuan SI dan emu dinyatakan sebagai :

Dimana k' adalah susceptibilitas magnetik dalam satuan emu dan k adalah susceptibilitas magnetik dalam satuan SI. Harga susceptibilitas ini sangat penting didalam pencarian benda anomali karena sifatnya yang sangat khas untuk setiap jenis mineral atau mineral logam. Induksi MagnetikAdanya medan magnetik regional yang berasal dari bumi dapat menyebabkan terjadinya induksi magnetik pada batuan yang mempunyai susceptibilitas baik. Total medan magnetik yang dihasilkan pada batuan ini dinyatakan sebagai induksi magnetik. Medan magnetik yang terukur oleh magnetometer adalah medan magnet induksi termasuk efek magnetisasi yang diberikan oleh persamaan :B = 0 (H + M ) = 0 (1 + k) Hdimana 0 adalah permeabilitas magnetik ruang hampa dan = (1+k) adalah permeabilitas magnetik relatif, sehingga persamaan di atas dapat dituliskan juga dalam :

persamaan ini menunjukkan bahwa jika medan magnetik remanen dan luar bumi diabaikan, medan magnet total yang terukur oleh magnetometer di permukaan bumi adalah penjumlahan dari medan bumi utama H dan variasinya (M). M adalah anomali magnet dalam eksplorasi magnetik. Magnetisasi Bumi

Medan magnet bumi secara sederhana dapat digambarkan sebagai medan megnet yang ditimbulkan oleh batang magnet raksasa yang terletak di dalam inti bumi, namun tidak berimpit dengan pusat bumi. Medan magnet ini dinyatakan sebagai besar dan arah. Arahnya dinyatakan sebagai deklinasi (penyimpangan terhadap arah utara - selatan geografis) dan inklinasi (penyimpangan terhadap arah horisontal). Sedangkan kuat medan magnet sebagian besar berasal dari dalam bumi sendiri (94%) atau internal field, sedangkan sisanya (6%) ditimbulkan oleh arus listrik di permukaan dan pada atmosfir (external field). Kemagnetan bumi bisa berasal dari internal (dalam) bumi, kerak bumi ataupun dari angkasa luar. Sifat Magnetik Batuan

Setiap jenis batuan mempunyai sifat dan karakteristik tertentu dalam medan magnet. Adanya perbedaan serta sifat yang khusus dari tiap jenis batuan serta mineral memudahkan kita didalam pencarian bahan-bahan tersebut. Untuk lebih mempermudah penafsiran umumnya dilakukan klasifikasi batuan atau mineral berdasarkan sifat magnetik yang ditunjukan oleh kerentanan magnetiknya sebagai berikut :1. DiamagnetikMempunyai kerentanan magnetic (k) negatif dengan nilai yang sangat kecil artinya bahwa orientasi elektron orbital substansi ini selalu berlawanan arah dengan medan magnet luar. Contoh materialnya : grafit, gipsum, marmer, kwartz, garam, dll.2. Paramagnetik

Mempunyai harga kerentanan magnetic (k) positif dengan nilai yang kecil. Contoh materialnya : kapur.

3. Ferromagnetik

Mempunyai harga kerentanan magnetik (k) positif dengan nilai yang besar yaitu sekitar 106 kali dari diamagnetik/paramagnetik. Sifat kemagnetan substansi ini dipengaruhi oleh temperatur, yaitu pada suhu di atas suhu Curie, sifat kemagnetannya hilang. Contoh materialnya : pyrit, magnetit, hematit, dll. Medan Magnet Bumi

Bumi berlaku seperti sebuah magnet sferis yang sangat besar dengan suatu medan magnet yang mengelilinginya. Medan itu dihasilkan oleh suatu dipole magnet yang terletak pada pusat bumi. Sumbu dipole ini bergeser sekitar 11o dari sumbu rotasi bumi, yang berarti kutub utara geografis bumi tidak terletak pada tempat yang sama dengan kutub selatan magnetik bumi. Menurut IGRF (2000), melalui perhitungan posisi simetris dimana dipole magnetik memotong permukaan bumi, letak kutub utara magnet bumi adalah 79,3 N, 71,5 W dan 79,3 S , 108,5 E untuk kutub selatan.

Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis yang dapat diukur yaitu arah dan intensitas kemagnetannya. Parameter fisis itu adalah deklinasi magnetik D, intensitas horisontal H dan intensitas vertikal Z. Dari elemen-elemen ini, semua parameter medan magnet lainnya dapat dihitung.

Parameter yang menggambarkan arah medan magnetik adalah deklinasi D (sudut antara utara magnetik dan utara geografis) dan inklinasi I (sudut antara bidang horisontal dan vektor medan total), yang diukur dalam derajat. Intensitas medan magnetik total F digambarkan dengan komponen horisontal H, komponen vertikal Z dan komponen horisontal kearah utara X dan kearah timur Y. Intensitas medan magnetik bumi secara kasar antara 25.000 65.000 nT. Untuk Indonesia, wilayah yang terletak di utara ekuator mempunyai intensitas 40.000 nT, sedangkan yang di selatan ekuator 45.000 nT.

Gambar 4.6 Elemen Magnetik Bumi (Blakely, 1995)

Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu sehingga untuk menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standard nilai yang disebut dengan International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui tipa 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km yang dilakukan dalam waktu satu tahun. Medan magnet bumi terdiri dari tiga bagian, yaitu :

a. Medan magnetik utama bumi (Main field)

Pengaruh medan magnetik utama bumi 99% dan variasinya terhadap waktu sangat lambat dan kecil.

b. Medan magnetik luar (external field)

Pengaruh medan luar berasal dari pengaruh luar bumi yang merupakan hasil ionisasi di atmosfer yang ditimbulkan oleh sinar ultraviolet dari matahari. Karena sumber medan luar ini berhubungan dengan arus listrik yang mengalir dalam lapisan terionisasi di atmosfer, maka perubahan medan ini tehadap waktu jauh lebih cepat. Beberapa sumber medan luar antara lain :

Perubahan konduktivitas listrik lapisan atmosfer dengan siklus 11 tahun

Variasi harian dengan periode 24 jam yang berhubungan dengan pasang surut matahari dan mempunyai jangkau 30 nT

Variasi harian dengan periode 25 jam yang berhubungan dengan pasang surut bulan dan mempunyai jangkau 2 nT

Badai magnetik yang bersifat acak dan dengan jangkau sampai dengan 1000 nT

c. Anomali Medan Magnetik

Variasi medan magnetik yang terukur di permukaan merupakan target dari survey magnetik (anomali magnetik). Besarnya anomali magnetik berkisar ratusaan sampai dengan ribuan nano-tesla, tetapi ada juga yang yang lebih besar dari 100.000 nT yang berupa endapan magnetik.

Secara garis besar anomali ini disebabkan oleh medan magnetik remanen dan medan magnet induksi. Medan magnet remanen mempunyai peranan yang besar pada magnetisasi batuan yaitu pada besar dan arah medan magnetnya serta sangat rumit diamati karena berkaitan dengan peristiwa kemagnetan yang dialami sebelumnya. Sisa kemagnetan ini disebut dengan Normal Residual Magnetism yang merupakan akibat dari magnetisasi medan utama.

Anomali yang diperoleh dari survei merupakan hasil gabungan dari keduanya, bila arah medan magnet remanen sama dengan arah medan magnet induksi maka anomalinya bertambah besar, demikian pula sebaliknya. Dalam survei magnetik, efek medan remanen akan diabaikan apabila anomali medan magnet kurang dari 25 % medan magnet utama bumi (Telford, 1979).

Akuisisi dan Pengolahan Data Lapangan

Akuisisi data meliputi pengambilan data pada base station untuk variasi harian dan pengambilan data pada lintasan daerah penelitian. Pengolahan data lapangan dilakukan dengan mengoreksi data hasil pengukuran dengan variasi harian dan intensitas magnet utama bumi.

Target dari pengukuran yang dilakukan diatas adalah untuk mendapatkan anomali medan magnetik yang berhubungan dengan kerentanan magnet batuan (k). Beberapa pendekatan yang perlu dilakukan adalah dengan menghilangkan pengaruh medan luar (koreksi variasi harian) dan pengaruh medan magnet utama bumi (koreksi IGRF). Persamaan matematisnya adalah sebagai berikut :

H = Hobs HVH - HIGRF dimana :

H = Medan magnet terukur (medan magnet total bumi)

Hobs = Medan anomali magnetik batuan

HVH = Medan magnet luar (pengaruh variasi harian)

HIGRF = Medan magnet utama bumi

Koreksi Variasi Harian

Koreksi ini dimaksudkan untuk mendapatkan anomali magnetik yang tidak dipengaruhi efek medan luar (aktivitas matahari). Aktivitas sinar matahari pada siang hari menyebabkan terionisasinya elektron-elektron yang ada di atmosfir sehingga akan timbul medan magnet sekunder yang terdeteksi oleh sensor alat, saat dilakukan survei magnetik. Koreksi variasi harian dilakukan dengan mengurangkan data pengukuran medan magnet di lapangan dengan pengukuran medan magnet di titik ikat yang diukur secara berkala. Harga pembacaan medan magnet di titik ikat diinterpolasi agar sesuai dengan waktu pembacaan medan magnet di lapangan. Konstanta harga variasi harian ditentukan dengan cara mengambil harga rata-rata dari keseluruhan harga pembacaan di titik ikat.

Koreksi IGRF

Koreksi IGRF dilakukan dengan cara mengurangkan data nilai medan magnet utama bumi di daerah penelitian yang didapat melalui pendekatan matematis dari intensitas magnet utama bumi atau IGRF (International Geomagnetic Refference Field) terhadap medan magnet bumi total di titik pengamatan. Data IGRF diperoleh melalui http://www.ngdc.noaa.gov/geomagmodels/IGRFWMM.jsp yang diperbaiki setiap lima tahun sekali. Penentuan nilai IGRF pada tiap titik pengamatan menggunakan bantuan software Geocalc sebagai input-nya adalah tahun, lokasi, lintang, bujur, dan ketinggian titik pengamatan.

B. Alat dan BahanDalam pengambilan data anomali magnetik ini menggunakan alat utama, sebagai berikut :

1. Quantum Magnetometer, dipakai untuk pengukuran magnetik di lapangan.2. PPM GSM 19-T, sebagai alat yang dipasang di base.3. GPS Garmin untuk menentukan posisi.4. Kompas untuk menentukan arah.C. Prosedur Operasional Pengoperasian PPM GSM 19-TProsedur Pengoperasian Alat PPM GSM 19-T Base Station (Titik Pangkal) di Lapangan adalah sebagai berikut :1. Rangkai Peralatan PPM 2. Tekan tombol B untuk menyalakan PPM3. Tekan tombol A untuk memilih model survey

4. Pada sub menu survey mode tekan C, kemudian tekan B untuk mengaktifkan mode Base5. Tekan tombol F untuk mengedit datum, tetapi tidak perlu di edit (volt 44000). kemudian tekan tombol F lagi untuk memilih sub menu time. Karna tidak memakai GPS maka time perlu disinkronisasikan, jika tidak sesuai ubah waktu (wyymmddhhmmss) kemudian tekan F untuk memilih sub menu file kemudian tekan change untuk mengubah nama file.

6. Cycling, untuk memilih perulangan data pilih 30s (tekan tombol C untuk -10 atau tombol B untuk +10).

7. Tekan tombol C untuk tuning sehingga keterangan pada tunei nitialis menjadi Yes kemudian tekan F.

8. Untuk sub menu AC filter dilewati (volt 60).9. Untuk display mode bisa dipilih text atau grafik (sub menu text dilewati).

10. Untuk sub menu id masukan mode angka untuk file data11. Jika sudah disetting semua,tekan tombol A untuk kembali ke sub menu survey mode.

12. Tunggu selama 30 detik sampai nilainya berubah.13. Alat yang dipasang di titik ikat sangat tergantung dari besarnya potensial arus DC (minimal 7.8 volt), maka periksa baterai sebelum mengoperasikan alat.14. Bila telah selesai survei, hentikan pembacaan alat secara otomatis setelah alat yang digunakan di lapangan melakukan pembacaan.

Pengoperasian Quantum Magnetometer

Prosedur Pengoperasian Alat Quantum Magnetometer di Lapangan adalah sebagai berikut :1. Rakit alat sesuai prosedur.2. Setelah alat terpasang dengan benar, nyalakan Data Logger dan GPS.

3. Pilih nomor 1 Time And Date Setting lalu tekan F2 (Sync), penanggalan dan waktu pada data logger akan menyesuaikan dengan penanggalan pada GPS yg terpasang.4. Kembali ke main menu, pilih nomor 4 Survey Mode, lakukan input berupa nama observer, selebihnya defaultkan.

5. Pastikan GPS sudah menyala. Tekan F2 hingga muncul tanda On pada jendela GPS. Kemudian tekan esc agar kembali ke jendela pengukuran survey.

6. Tekan enter untuk memulai perekaman nilai pertama, akan muncul nilai komponen total. Untuk mengukur lagi, tekan save lalu enter, kemudian akan muncul nilai pengukuran komponen total yang baru.

7. Pembacaan di lapangan pada satu titik amat 3 kali dengan interval pembacaan setiap menit.8. Contoh hal-hal apa saja yang dapat mengganggu pembacaan di lapangan, yaitu : Gradien tinggi : Diakibatkan oleh sumber energi frekwensi radio, saluran listrik, adanya suara dari saluran listrik (trafo), di dalam bangunan, atau dekat objek yang sangat magnetis. Ditandai dengan pembacaan yang sangat bervariasi di daerah yang tidak jauh dari titik pengamatan. Perubahan harian cepat : Diakibatkan oleh aktivitas bintik matahari yang tinggi (terjadinya badai magnetik) sehingga pembacaan akan bervariasi tinggi.

Debu Magnetik : Diakibatkan oleh kontaminasi partikel-partikel magnetik pada sensor. Ditandai dengan pembacaan yang bervariasi pada titik yang sama.9. Kontaminasi operator : Diakibatkan apabila operator membawa benda-benda magnetic (kunci, cincin, pisau, dan benda lainnya yang bersifat besi) dan dari baterai alat yang berbahan besi, sehingga dapat mengganggu harga pembacaan.10. Cara membawa di lapangan jangan sampai terbanting, jatuh, dan kotor.11. Setelah selesai survei di lapangan, lakukan kembali pembacaan pada titik pangkal.

Gambar 4.7 Rangkaian alat Quantum Magnetometer17