5 7

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

Universitas Lampung, 17-18 November 2008

ISBN : 978-979-1165-74-7 V-49

GRADIENT VERTIKAL GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU

DAN HUBUNGANNYA DENGAN DINAMIKA AIR TANAH

Muh Sarkowi

Staff. Pengajar Program Studi Geofisika Jurusan Fisika FMIPA Univertitas Lampung, Jl. Prof. Soemantri Brodjonegoro No. 1 Bandar Lampung, Lampung.

Email : [email protected]

ABSTRAK

Gradient vertical gayaberat merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan untuk mengetahui adanya dinamika air tanah. Dari simulasi diperoleh bahwa penurunan muka air tanah mempunyai respon gradient vertical gayaberat mikro antar waktu yang negative, dan sebaliknya kenaikan muka air tanah mempunyai respon yang positif. Gradient nol menunjukkan tidak terjadi dinamika air tanah. Dari Analisa gradient vertical gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang menunjukkan adanya daerah yang mengalami penurunan muka air tanah atau pengambilan air tanah yang berlebihan meliputi daerah: Pandean Lamper, Lamper Lor, Lamper Tengah, Gayam Sari dan di daerah sekitar Pelabuhan. Teknik gradient vertical gayaberat mikro antar waktu dapat digunakan untuk mengidentifikasi daerah yang mengalami pengurangan air tanah. Keywords: time lapse, vertical gradient, microgravity 1. PENDAHULUAN

Metode gayaberat merupakan salah satu metode dalam geofisika didasarkan pada

adanya perubahan kontras densitas dan jarak di bawah permukaan. Pada tahap awal

perkembangannya metode ini telah sukses untuk menentukan struktur cebakan minyak, struktur

bawah permukaan di daerah pertambangan, lengkungan listhosfera dan lain-lain. Pada saat ini

metode gayaberat telah mengalami perkembangan yang cukup pesat baik peralatan maupun

aplikasinya. Gravitymeter yang paling teliti sekarang adalah Graviton yang memiliki ketelitian

0.0001 miliGall dan prosedur pengaoperasian relatif mudah. Peningkatan ketelitian

gravitymeter ini memungkinkan kita untuk mengukur dinamika massa di bawah permukaan

yang umumnya memiliki respon yang kecil dengan menggunakan metode gayaberat, seperti

untuk : monitoring reservoir panas bumi (Allis, R.G, 1986., Andres, R.B.S, 1993., Akasaka, C,

2000), pemantauan pergerakan injeksi air pada reservoir gas (Hare, J.L. et.all. 1999., dan

Gelderen, M.V. et.all, 1999 ), pemantauan amblesan tanah ( Styles, P., 2003., Kadir , 2003),

pemantauan magma dan prediksi letusan ( Rymer, H, 2000). Anomaly gayaberat mikro antar

waktu di suatu daerah dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya : dinamika air tanah,

intrusi air laut, penurunan titik amat, bangunan baru disekitar titik amat, dan lain-lain. Dalam

melakukan analisa anomaly gayaberat mikro antar waktu diperlukan metode khusus untuk

mailto:[email protected]



ISBN : 978-979-1165-74-7 V-50

mengidentifikasi dan memisahkan penyebab anomaly tersebut. Salah satu yang akan dibahas

adalah metode gradient vertical untuk mengetahui penyebab anomaly gayaberat mikro antar

waktu yang disebabkan oleh dinamika air tanah dan amblesan tanah dengan mengambil studi

daerah Semarang.

2. DASAR TEORI

Respon Gayaberat Mikro oleh dinamika air bawah permukaan

Perubahan kedalaman muka air tanah pada suatu tempat dipengaruhi oleh : musim,

curah hujan, pengambilan air tanah oleh manusia dan lain-lain. Perubahan gayaberat akibat

adanya dinamika muka air tanah dapat diturunkan dengan melakukan simulasi respon gayaberat

mikro terhadap penurunan air muka tanah maupun menggunakan pendekatan koreksi Bouguer

sederhana dengan memasukkan variabel porositas (Sarkowi, 2002) :

hGgw ρφπ2= hg w ρφ04193.0=

hgw ρφ93.41=Δ ( 1 ) Keterangan :

Δgw : perubahan nilai gravitasi karena adanya perubahan tinggi air tanah ρ : densitas fluida (gr/cc) φ : porositas (%) h : penurunan atau kenaikan permukaan air tanah (meter)

Dengan asumsi porositas batuan 30% maka setiap terjadi penurunan muka air tanah 1 m akan

memberikan respon gayaberat sebesar 12,579 microgal.

2.1 Gradien Vertical -Gayaberat

Teknik gradien-gayaberat dikembangkan dari besaran gradien diferensial, dimana

gradien ditentukan dari suatu interval data gayaberat lapangan. Gambar 1 mengilustrasikan

konsep finite-difference untuk menentukan gradien-gayaberat. Skema struktur untuk

pengukuran gradien-gayaberat vertikal dibuat dari dua buah kotak dengan ketinggian kotak

masing-masing 1 meter, sehingga variasi finite-difference atau interval besaran dari gradien

vertikal dapat ditentukan. Untuk pengukuran gayaberat dengan tiga beda tinggi yaitu h(i-1), h(i),

dan h(i+1), maka turunan tegak pertama pengukuran dapat dihitung dengan persamaan berikut :

( ) ( )

( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−=

∂∂

−

−

)(1

1

ii

ii

hhgg

zg

miliGal/m ( 2 )



ISBN : 978-979-1165-74-7 V-51

Gambar 1. Dua-tingkat kotak pengukuran gayaberat untuk menentukan gradien vertikal

Gradient vertical hasil pengukuran langsung ini berbeda dengan gradient vertical gayaberat

yang diturunkan dari gravitasi normal dengan tidak memperhitungkan adanya massa di sekitar

titik amat. Gradient vertical gayaberat yang dihitung dari persamaan gayaberat normal bumi

dengan bentuk ellipsoid sering disebut dengan koreksi udara bebas.

hh

ggg h ∂

∂+= ϕ

ϕϕ , (3)

( )ϕϕϕ 2sin212

fmfag

hg

−++−=∂

∂ (4)

308765.0−=∂∂

hϕ untuk ϕ = 7,5 (5) 0

Amblesan tanah akan memberikan respon gayaberat mikro antar waktu positif.Gradient vertikal

antar waktu oleh amblesan tanah akan memberikan respon 0 (nol).

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Simulasi karakteristik gradient vertical gayaberat antar waktu

Simulasi dilakukan dengan membuat model reservoir air tanah yang miring. Pada

kondisi awal aquifer air terisi penuh, pada periode berikutnya terjadi pengurungan air tanah

pada bagian tengah 5 meter. Masing-masing periode dihitung nilai respon gayaberatnya pada

tiga ketinggian yang berbeda, sehingga gradient vertical dan gradient vertkal antar waktu dapat

dihitung secara langsung . Karakteristik gradient vertikal dan gradient vertikal antar waktu oleh

perubahan muka air tanah ditunjukkan pada Gambar 2. Simulasi kedua dilakukan dengan

membuat model reservoir air tanah datar. Pada kondisi awal aquifer air terisi penuh, pada

periode berikutnya karena pengambilan air tanah terjadi penurunan muka air tanah yang

membentuk pola ‘cone’ dengan kedalaman 2, 4 dan 6 meter pada bagian tengah. Masing-masing

periode dihitung nilai respon gayaberatnya pada tiga ketinggian yang berbeda, sehingga gradient

vertical dan gradient vertkal antar waktu dapat dihitung secara langsung . Karakteristik gradient

vertikal dan gradient vertikal antar waktu oleh perubahan muka air tanah ditunjukkan pada

Gambar 3.



ISBN : 978-979-1165-74-7 V-52

Gambar 2. Respon gayaberat oleh aquifer air tanah miring dan pengurangan air tanah, anomaly gayaberat mikro antar waktu, gradient vertikal gayaberat, dan gradient gayaberat mikro antar waktu

Gambar 3. Respon gayaberat oleh aquifer air tanah, pengurangan air tanah, anomaly gayaberat antar waktu, gradient vertikal gayaberat, dan gradient gayaberat antar waktu.



ISBN : 978-979-1165-74-7 V-53

Tabel 1

Karakteristik Anomali gayaberat mikro antar waktu, gradient vertikal dan gradient vertikal antar waktu

No Gayaberat

antar waktu Gradient Vertikal

antar waktu Amblesan

Tanah Air tanah Keterangan

1 0 0 Tanah tetap Air tetap Tidak ada perubahan 2 0 + Tanah turun Air tambah Tanah turun = air tambah 3 0 - Tanah turun Air kurang Tanah naik = air turun 4 + 0 Tanah turun Air tetap 5 + + Tanah turun Air tambah 6 + + Tanah tetap Air tambah 7 + + Tanah naik Air tambah Grav tanah naik < Grav air tambah 8 + - Tanah turun Air turun Grav tanah turun > Grav air turun 9 - 0 Tanah naik Air tetap 10 - + Tanah naik Air naik Grav tanah naik > Grav air naik 11 - - Tanah naik Air turun 12 - - Tanah turun Air turun Grav Tanah turun < Grav air turun 13 - - Tanah tetap Air turun

Pengurangan air tanah akan memberikan respon anomaly gayaberat mikro antar waktu yang

negative, sedangkan penambahan air tanah memberikan respon gayaberat mikro antar waktu

positif. Pengurangan muka air tanah akan memberikan gradient vertical gayaberat antar waktu

yang negative, dan kenaikan muka air tanah akan memberikan gradient vertical gayaberat

antara waktu yang positif.

3.2 Studi kasus anomali gayaberat mikro daerah Semarang bulan September 2002 dan Juni 2003

Survey gayaberat di daerah Semarang dilakukan pada bulan September 2002 dan periode

Juni 2003. Sebanyak 40 titik gayaberat telah diukur dengan tiap titik diukur pada tiga ketinggian

yang berbeda. Hasil anomali gayaberat mikro antar waktu periode Juni 2003 - September 2002

ditunjukkan pada Gambar 4. Anomaly gayaberat mikro antar waktu (Gambar 4), tampak

anomaly positif di daerah Tugu muda, Stasiun Poncol, stasiun Tawang, Tanah Mas dan Pantai

Marina yang menunjukkan adanya amblesan tanah di daerah tersebut. Sedangkan anomaly

negative di daerah Kaligawe, Pengapon, Karangwaru menunjukkan adanya pengurangan air

tanah.



ISBN : 978-979-1165-74-7 V-54

Gambar 4. Anomali gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang periode Juni’03 – Sept’02

3.3 Gradient vertical gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang

Gradient vertical gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang diperoleh dengan

mengurangi gradient vertical gayaberat periode Juni 2003 dan gradient vertical gayaberat

periode September 2002 seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Dari peta Peta gradient vertical

gayaberat mikro antar waktu periode Juni 2003 – September 2002 (Gambar 5) tampak bahwa

daerah : Kel. Pandean Lamper, Kel. Lamper Lor, Kel. Lamper Tengah, Kel. Gayam Sari dan di

daerah sekitar Pelabuhan menempati gradient gayaberat mikro antar waktu yang negative

tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa di daerah tersebut telah terjadi penurunan muka air tanah

yang sangat besar. Sedangkan daerah yang mengalami penurunan muka air tanah yang sedang

terjadi di daerah Johar memanjang ke Selatan sampai Tugu Muda dan Simpang Lima. Hal ini

dapat dilihat dari respon gradient vertical gayaberat mikro antar waktu yang mempunyai nilai 0

sampai -0.04 mGall/m. Daerah Kariadi, kawasan Candi, Gadjah Mungkur dan Lempong Sari

merupakan daerah yang relative tidak mengalami penurunan muka air tanah. Gradient vertikal

antar waktu positif yang mengikuti pola sungai Banjir Kanal Barat dan Timur memanjang dari

Selatan ke Utara menunjukkan bahwa arah imbuhan air tanah melewati daerah tersebut.

Disamping itu imbuhan air dapat pula terjadi akibat masuknya air laut kedaratan melalui sungai

yang ada.



ISBN : 978-979-1165-74-7 V-55

Gambar 5. Peta gradient vertical gayaberat mikro periode Juni 2003 – September 2002

4. KESIMPULAN

Pengukuran gayaberat secara berulang dapat digunakan untuk mengatahui adanya

dinamika air tanah di bawah permukaan. Metode analisa gradient vertical gayaberat mikro antar

waktu, merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan untuk mengetahui adanya dinamika

air tanah. Dari simulasi menunjukkan bahwa adanya pengurangan air tanah atau penurunan

muka air tanah akan mempunyai respon gradient vertical gayaberat mikro antar waktu yang

negative, dan sebaliknya kenaikan muka air tanah atau penambahan air akan memberikan

respon yang positif. Gradient vertikal antar waktu karena amblesan tanah akan mempunyai nilai

nol (0). Sehingga dari gradient vertikal antar waktu akan dapat ditentukan dinamika air tanah

yang terjadi, untuk gradient positif maka terjadi penambahan air tanah, gradient negative

pengurangan air tanah, dan gradient 0 menunjukkan tidak adanya dinamika air tanah.

Berdasarkan analisa gradient vertical gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang dapat

ditarik beberapa hal yang menarik sehubungan dengan dinamika air tanah, yaitu :

1. Daerah dengan penurunan muka air tanah tinggi pengambilan air tanah yang berlebihan

meliputi daerah: Kel. Pandean Lamper, Kel. Lamper Lor, Kel. Lamper Tengah, Kel.

Gayam Sari dan di daerah sekitar Pelabuhan.

2. Daerah yang mengalami penurunan muka air tanah yang sedang meliputi daerah :

Johar memanjang ke Selatan sampai Tugu Muda dan Simpang Lima.

3. Daerah Kariadi, kawasan Candi, Gadjah Mungkur dan Lempong Sari merupakan daerah

yang relative tidak mengalami penurunan muka air tanah.



ISBN : 978-979-1165-74-7 V-56

DAFTAR PUSTAKA

Allis, R.G, T.M, Hunt, 1986, Analisis of Exploration-induced gravity changes at Wairakei geothermal Field, geophysics 51, p. 1647-1660

Andres, R.B.S and J.R. Pedersen ,1983. Monitoring the Bulalo geothermal reservoir, Philiphines, using precession gravity data. Geothermics, 22

Akasaka, C and Nakanishi, S, 2000. Correction of Background gravity change due to precipitation ; oguni geothermal Field, Japan. Proceeding World Geothermal Congress, Kyushu – Tohuku, Japan.

Gelderen, M.V., Haagmans, R., and Bilker, M., 1999. Gravity change and natural gas extraction in Groningen. Geophysical Prospecting, 47.

Hare, J.L, Ferguson, J.F, Aiken, C.L.V, and Brady, J.L, 1999. The 4-D microgravity method for waterflood surveillance: A model study for the Prudhoe Bay reservoir, Alaska. Geophysics, Vol. 64 No. 1 (January-February 1999)

Marsudi, 2000. Prediksi Laju Amblesan Tanah di Dataran Alluvial Semarang Propinsi Jawa tengah, Disertasi Program Pascasarjana ITB

Rymer, H and Jones, G.W, 2000. Volcanic eruption predicture : magma chamber physics from gravity and deformation measurements. Geophysical Research Letter, Vol. 27 No. 16.

Styles, P., 2003. The use of time lapse microgrvity to investigate and monitoring an area undergoing surface subsidence; a case study. Un published.

Sarkowi, 2002. Penerapan metode microgravity 4D untuk monitoring peningkatan produksi minyak. Jurnal Sains Teknologi FMIPA Universitas Lampung.

5 7

Documents