94900848 berbagai variasi sifat fisik batuan

Download 94900848 Berbagai Variasi Sifat Fisik Batuan

Post on 20-Oct-2015

88 views

Category:

Documents

10 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

    1

    BEBERAPA HUBUNGAN ANTARA VARIASI

    SIFAT FISIK BATUAN

    Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata Fisika Batuan

    Dosen Pengampu : Prof. Dr. Sismanto, M.Si

    Disusun Oleh:

    Sudra Irawan (11/323010/PPA/03603)

    Natalius Simanullang (11/323333/PPA/03638)

    PROGRAM STUDI S2 ILMU FISIKA BIDANG MINAT GEOFISIKA

    FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

    UNIVERSITAS GADJAH MADA

    YOGYAKARTA

    2012

  • Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

    2

    DAFTAR ISI

    DAFTAR ISI .......................................................................................................... 1

    BAB I. TINJAUAN UMUM ............................................................................. 2

    BAB II. HUBUNGAN ANTARA SIFAT-SIFAT YANG DITENTUKAN

    DENGAN METODE GEOFISIKA .................................................... 3

    A. Hubungan Berdasarkan Teori Fisika Zat Padat ............................ 3 B. Model Volumetrik - Suatu Sistem Persamaan Linier untuk

    Komposisi Batuan dan Penentuan Porositas ................................. 6

    C. Model Sederhana untuk Patahan Retakan Batuan ........................ 15 D. Model dengan Variabel Struktur Internal ..................................... 16

    BAB III. HUBUNGAN ANTAR SIFAT YANG DITENTUKAN DENGAN

    METODE GEOFISIKA DAN SIFAT GEOTEKNIK .................... 19

    A. Pendahuluan .................................................................................. 19 B. Sifat Frakture yang Diperoleh dari Pengukruan Seismik.............. 20 C. Modulus Statik dan Dinamis ......................................................... 22 D. Korelasi Antara Sifat-sifat Geofisika dan Kekuatan

    Sifat-sifat Batuan .......................................................................... 29

    1. Sifat Kekuatan Batuan ............................................................ 29 2. Korelasi ................................................................................... 33 3. Model yang Disarankan .......................................................... 37

    BAB IV. KESIMPULAN .................................................................................... 43

    DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 44

  • Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

    3

    BAB I

    TINJAUAN UMUM

    Dasar fisik untuk adanya hubungan antara sifat fisik yang bervariasi antara

    kecepatan dan elastisitas, gelombang dan konduktivitas panas diberikan oleh:

    1. Hubungan antara sifat kandungan khusus batuan (sifat elastisitas dan panas dari

    mineral).

    2. Hubungan parameter yang dipertimbangkan dengan jumlah

    parameterinvariant seperti porositas, komposisi batuan dan sebagainya.

    Pengetahuan dari beberapa hubungan ini merupakan dasar untuk memasuki

    interpretasi data geofisik. Dalam aplikasi nyata, kita dapat membedakan dua tipe

    hubungan:

    1. Hubungan antara sifat ditentukan oleh metode geofisik (kecepatan gelombang

    elastik dan konduktifitas panas batuan) termasuk pengaruh komposisi batuan

    atau lithologi dan porositas. Dalam kebanyakan kasus, hubungan dan

    logaritmanya digunakan dalam pengukuran parameter melalui metode nuklear

    (variasi persilangan bagian, porositas neutron).

    2. Hubungan antara penentuan sifat menggunakan metode geofisik dan sifat fisik

    lainnya (sifat geoteknikal, permeabilitas hidrolik).

  • Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

    4

    BAB II

    HUBUNGAN ANTARA SIFAT-SIFAT YANG DITENTUKAN

    DENGAN METODE GEOFISIKA

    A. Hubungan Berdasarkan Teori Fisika Zat Padat

    Pada bab 6.3 persamaan 6.23, Birch Empiris, membahas hubungan antara

    kecepatan gelombang seismik dan densitas. Hubungan antara sifat elastis dan densitas

    juga ditunjukan oleh Anderson (1967) disederhanakan dari persamaan seismik

    (seismic equation of state):

    d = a mA.n (10.1)

    Dimana d: densitas, mA: massa atom rata-rata, n pada orde 1/4- 1/3 dan dihubungkan

    denga konstanta Grneisen, : parameter seismik.

    = vp2 4/3.vs

    2 = Kad/d (10.2)

    Gambar 10.1 menunjukkan data 31 jenis mineral dan batuan yang diplot nilai ln(d/mA)

    versus ln . Garis tebal adalah akar terkecil sesuai dengan persamaan 10.1.

    d/mA = 0.048 0.323 0.12 (10.3)

    dimana densitas dalam gr/cm3 dan kecepatan dalam km/s.

    Teori Debye dari kisi-kisi dinamik (lattice dynamics) memberikan hubungan antara

    konduktivitas termal , panas jenis c, densitas d dan kecepatan suara rata-rata vm.

    c.d.vm (10.3)

    dimana,

    3/vm3 = 1/vp

    3 + 2/vs3

    (10.5)

    Demikan hubungan ditetapkan dari fisika padat (solid state physics) yang

    dikombinasikan atau dimodifikasi dengan hubungan empiris. Horai dan

    Simmons (1969, 1970) mengembangkan hubungan antara kecepatan gelombang

  • Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

    5

    kompresi dan geser (shear) dengan konduktivitas termal didasarkan atas data

    eksperimen dengan persamaan linier:

    vp = (405.0 47.7) + (5930.0 170) (10.6)

    vs = (214.8 47.7) + (3310.0 160) (10.7)

    dengan vp, vs dalam m/s dan dalam W m-1K-1

    Berdasarkan persamaan 6.30, hukum Birch dan persamaan 8.7 persamaan umum

    termasuk pengaruh massa atom rata-rata, maka:

    vp = a1 + b1(mA) (10.6)

    vs = a2 + b2(mA) (10.7)

    Rybach dan Buntebarth (1982, 1984) menurunkan variasi hubungan antara densitas,

    kecepatan gelombang kompresi, dan penurunan panas (heat generation) didasarkan

    pada model ion mineral. Mereka mulai mendiskusikan komposisi kimia (dan massa

    atom rata-rata) sendiri yang tidak cukup untuk menjelaskan susunan mineral.

    Demikian, aspek struktur densitas pembungkus/kulit/penutup harus dipertimbangkan.

    Jumlah aspek-aspek ini, fraksi kation yang ada dalam struktur mineral rupanya tidak riil

    (appropriate). Fraksi kation dapat didefinisikan oleh cation packing index K, yang

    adalah perbandingan dari bilangan kation per molar volume, dinormalkan dengan

    bilangan avogadro. K dapat ditentukan dari analisis modal bagian tipis sample batuan

    (rioloit/gtranit hingga komposisi ultra basa) pada table 10.1.

    d = 1.27 + 28.3 . K dengan koefisien korelasi r = 0.982

    (10.10)

  • Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

    6

    vp = 1.58 + 84.1 . K dengan koefisien korelasi r = 0.933

    (10.11)

    ln A = 12.20 230.5 . K dengan koefisien korelasi r = 0.935 (10.12)

    Hubungan antara densitas, kecepatan gelombang kompresi (diukur pada 50

    Mpa) dan penurunan panas adalah:

    d = 0.74 + 0.34 . vp (10.13)

    ln A = 16.5 2.74 . vp (10.14)

    ln A = 22.5 8.15 . d (10.15)

    Korelasi terbaik untuk mineral dan batuan sebgai material padat di bawah

    kondisi kerak (crust) lebih dalam dan dari bagian dalam bumi. Untuk batuan

    alam di bagian atas kerak bumi, efek hancuran, pecahan, pori-pori, kontak grain

    (butiran) dan lain-lain, mendominasi pengaruh sifat fisika; batuan tidak dapat

    dianggap tak terganggu oleh kerusakan material padat. Karena itu model-model

    yang lain harus digunakan dengan memasukkan efek kerusakan tersebut.

    B. Model Volumetrik-Suatu Sistem Persamaan Linier untuk Komposisi Batuan dan Penentuan Porositas

  • Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

    7

    Model volumetric dapat dimulai dalam menghubungkannya dengan

    definisi dan pembahasan densitas pada bab 3. Densitas batuan berpori

    (persamaan 3.4) adalah:

    d = (1 -).dm + .dfluid (10.16)

    Atau biasanya untuk batuan dengan n komponen:

    n

    i

    ii dVd1

    .

    n

    i

    iV1

    1 (10.17)

    Dimana Vi adalah volume fraksi, di densitas komponen ke-i. Persamaan ini

    menunjukkan bahwa nilai efek densitas batuan tidak ambigu ditentukan oleh

    densitas masing-masing komponen dan volume fraksi masing-masing.

    Dalam formulasi umum, nilai efektif sifat fisik diberikan oleh jumlahan

    perkalian antara sifat X dengan volume fraksi V masing-masing komponen:

    n

    i

    ii XVX1

    .

    n

    i

    iV1

    1 (10.17)

    Hubungan ini dan model volumetric valid untuk seluruh sifat scalar (contoh,

    densitas, profil nuklir). Penerapan varaiasi sifat, berbentuk persamaan linier

    sistim (system of linier equation), yang mana adalah bagian dasar dari algoritma

    dan strategi interpretasi beberapa log.

    Dalam penambahan densitas diperoleh dengan pengukuran densitas

    gamma-gamma-densitas porositas neutron N (sebagai sifat skalar kedua) juga

    digunakan kedua bentuk sistim ini dari persamaan linier:

    n

    i

    iGGiGG dVd1

    ,. (10.19)

    n

    i

    iNiN HV1

    ,. (10.20)

    dGG: densitas yang diukur dengan instrumen gamma-gamma. Jika instrumen

    dikalibrasi dengan menggunakan suatu material dengan perbandingan nomor

    atom (Z) denga massa atom (A) yaitu Z/A = 0.5, maka hubungan antara densitas

    gamma-gamma dGG dan densitas massa d, didefinisikan oleh persamaan:

    eff

    eff

    GG AZdAZ

    dd ..25.0

    . (10.21)

    Dimana (Z/A)eff adalah perbandingan efektif rata-rata batuan. Ta