METODE GEOFISIKA (GRAVITASI, SEISMIK,MAGNETIK,GEOLISTRIK,GEOTERMAL ) Disusun unt uk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Geofisika Dosen Pengampu : Daru Wahyuningsih, S.Si , M.Pd Disusun Oleh : DEWI PUSPITASARI K2309013 PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARE T SURAKARTA 2012 METODE GEOFISIKA Geofisika adalah metoda yang mempelajari Bumi dan Batuan menggunakan pendekatanpendekatan Fisika dan Matematika. Ilmu Geofisik a merupakan gabungan dari konsepkonsep Ilmu Geologi dan Fisika. Ilmu geofisika m emiliki cakupan yang luas, dimul ai dari Fisika ujungnya pada Geologi Eksplorasi , malah mungkin masuk ke Domain T ambang dan Petroteur Engineer, Domain yang ter masuk Pure Geophysics atau Theoritica l Geophysics, digeluti pada bidang Ilmu Fisika , Ilmu Geofisika yang mempelajari b umi secara umum juga disebut Global geophysi cs yang mengamati dan menganalisa bu mi, interior, gempa, dll, diketahui di bida ng lain Solid Eart Geophysics. Aplikasi geofiisika unutk eksplorasi disebut Eksplo ration Geophysics, atau Geofisika eks plorasi atau Geofisika terapan. Secara umu m, metode geofisika dibagi menjadi dua kategori yaitu metode pasif dan aktif. Me tode pasif dilakukan dengan mengukur medan alami yang dipancarkan oleh bumi. Met ode aktif dilakukan dengan membuat medan gangguan kemudian mengukur re spons yan g dilakukan oleh bumi. Medan alami yang dimaksud disini misalnya radias i gelomb ang gempa bumi, medan gravitasi bumi, medan magnetik bumi, medan listrik dan ele ktromagnetik bumi serta radiasi radioaktivitas bumi. Medan buatan dapat berupa l edakan dinamit, pemberian arus listrik ke dalam tanah, pengiriman sinyal radar d an lain sebagainya Secara praktis, metode yang umum digunakan di dalam geofisika tampak seperti tab el di bawah ini: METODE PARAMETER YANG DIUKUR SIFAT FISIKA Y ANG TERLIBAT Seismik Waktu tiba gelombang seismik pantul atau bias, amplitudo da n frekuensi gelombang seismik Densitas dan modulus elastisitas yang menentukan k ecepatan rambat gelombang seis mik Gravitasi Variasi harga percepatan gravitasi bumi pada posisi yang berbeda Densitas Magnetik Variasi harga intensitas medan m agnetik pada posisi yang berbeda Suseptibilitas atau remanen magnetik Resistivit as Harga resistansi dari bumi Konduktivitas listrik Polarisasi terinduksi Tegang an polarisasi atau resistivitas batuan sebagai fun gsi dari frekuensi Kapasitans i listrik Potensial diri Potensial listrik Konduktivitas listrik Elektromagnetik Respon terhadap radiasi elektromagnetik Konduktivitas atau Induktansi listrik Radar Waktu tiba perambatan gelombang radar Konstanta dielektrik Bumi sebagai tembat tinggal manusia secara alami menyediakan sumberdaya alam yan g berlimpa. Kekayaan sumberdaya alam Indonesia sangat melimpa. kita sebagai gen e rasi penerus bangsa untuk harus berupaya untuk dapat memanfaatkan sumberdaya y an g ada untuk kesejahtraan bangsa. Keterbatasan ilmu untuk mengolah sumberdaya ala m tersebut menjadi kendala untuk melangkah lebih lanjut. Sehingga kita meras a pe rlu untuk mempelajari cara atau metode untuk mengungkap suatu informasi yan g ter dapat di dalam perut bumi. Salah satu cara atau metode untuk memperoleh in formas i tersebut dengan menggunakan metode survei geofisika. Metode tersebut me rupakan salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari bidang bumi khususnya per ut bumi berdasarkan konsep fisika. Survei geofisika yang sering dilakukan selama ini an tara lain Metode gravitasi (gayaberat), magnetik, seismik, geolistrik (r esistivi tas) dan geothermal (Energi Panas Bumi). 1. METODE GRAVITASI ( GAYA BER AT ) Metode gayaberat merupakan salah satu metode geofisika yang digunakan untuk meng etahui kondisi bawah permukaan bumi dengan cara mengamati variasi lateral dari s ifat fisik batuan (densitas). Adanya perbedaan densitas (massa jenis) bat uan dar i suatu tempat dengan tempat lain ini menimbulkan perbedaan medan gravit asi yang relatif kecil (dalam order 10-8), oleh karena itu maka dalam pengukuran gayaber at ini diperlukan suatu alat yang memiliki kepekaan dan ketelitian yang cukup ti nggi. Penggunaan utama pada metode gayaberat ini banyak difokuskan pad a survei awal da lam peninjauan ekplorasi minyak bumi, panas bumi, penelitian ge ologi regional, d an penelitian-penelitian geologi ekplorasi dalam lainnya. Meto de ini adalah metode geofisika yang sensitive terhadap perubahan vertikal, o leh karena itu metode ini disukai untuk mempelajari kontak intrusi, batuan dasar , struktur geologi, endapan sungai purba, lubang di dalam masa batuan, shaff ter p endam dan lain-lain. Eksplorasi biasanya dilakukan dalam bentuk kisi atau linta san penampang. Perpisahan anomali akibat rapat masa dari kedalaman berbeda dilak ukan dengan menggunakan filter matematis atau filter geofisika. Di pasaran seka rang didapat alat gravimeter dengan ketelitian sangat tinggi (mga l), dengan dem ikian anomali kecil dapat dianalisa. Hanya saja metode penguluran data, harus di lakukan dengan sangat teliti untuk mendapatkan hasil yang akurat. Pengukuran ini dapat dilakukan dipermukaan bumi, di kapal maupun diudara. Dalam metode ini yan g dipelajari adalah variasi medan gravitasi akibat variasi rapat m assa batuan d i bawah permukaan sehingga dalam pelaksanaannya yang diselidiki ada lah perbedaa n medan gravitasi dari suatu titik observasi terhadap titik observas i lainnya. Teori Dasar Medan dan Potensial Gravitasi Hukum Gravitasi Newton menyatakan bahw a besarnya gaya tarik menarik antara dua p artikel yang massanya m1 dan m2, deng an jarak antara kedua titik pusat massanya r. dimana G adalah konstanta gravitas i 6,67 x 10-11 Nm2/kg2 adalah : Medan Gravitasi Gaya per satuan massa yang mempu nyai jarak r dari m1 disebut medan gravitasi dar i massa m1 yang besarnya dimana adalah : Potensial Gravitasi Karena medan bersifat konservatif maka medan gravi tasi dinyatakan sebagai dari s uatu fungsi potensial scalar U (r) sebagai beriku t : Dimana merupakan potensial gravitasi dari massa m1. Metode gravitasi umumnya digunakan dalam eksplorasi jebakan minyak (oil trap). D isamping itu metode ini juga banyak dipakai dalam eksplorasi mineral dan lainnya. Prinsip pada metode ini mempunyai kemampuan dalam membedakan rapat massa suatu material terhadap lingkungan sekitarnya. Dengan demikian struktur bawah permuka an dapat diketahui. Pengetahuan tentang struktur bawah permukaan ini penting un t uk perencanaan langkah-langkah eksplorasi baik minyak maupun meneral lainnya. Alat yang digunakan dalam metode gravity Metode Gravity adalah salah satu metode eksplorasi dalam geofisika, yang memenfa atkan sifat daya tarik antar benda yan g didapat dari densitasnya, jadi prinsip e ksplorasi dengan metode gravity ini y aitu mencari anomali gravity pada subsurfac e. Alat-alat yang digunakan dalam pe ngambilan data di darat adalah: Gravimeter La Coste Romberg G-502 Piringan GPS T ali sebagai meteran jarak antar stasiun Peta Geologi dan peta Topografi Penunjuk Waktu Alat tulis Kamera Pelindung Gravitimeter Dan beberapa alat pendukung lain nya Alat yang digunakan dalam pengambilan data di laut : 1. Kapal laut yang memi liki navigasi dilengkapi dengan peralatan pendukung lainnya 2. Altimeter adalah alat untuk mengukur ketinggian suatu titik dari permuka an laut. Biasanya alat i ni digunakan untuk keperluan navigasi dalam penerbangan, pendakian, dan kegiatan yang berhubungan dengan ketinggian. Seperti gambar diba wah ini. 3. Gravimeter La Coste Romberg G-502 4. GPS Langkah-langkah dalam Melakukan Pengukuran Metode Gravity Hal-hal yang dilakukan terlebih dahulu sebelum melakukan pengukuran adalah sebag ai berikut : Kalibras i terhadap data / titik pengukuran yang telah diketahui nilai gr avitasi absolut nya, misalnya IGSN71. Melakukan pengikatan pada base camp terhadap titik IGSN71 te rdekat yang t elah diketahui nilai ketinggian dan gravitasinya, dengan cara loop ing. Bila perlu di base camp diamati variasi harian akibat pasang surut dan a ki bat faktor yang lainnya. Setelah melakukan hal di atas barulah pengamatan yang s ebenarnya dilakukan. Pengukuran metoda gayaberat dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu: penentuan titi k ikat dan pengukuran titik-titik gayaberat. Sebelum surve i dilakukan perlu mene ntukan terlebih dahulu base station, biasanya dipilih pad a lokasi yang cukup sta bil, mudah dikenal dan dijangkau. Base station jumlahnya bisa lebih dari satu te rgantung dari keadaan lapangan. Masing-masing base stat ion sebaiknya dijelaskan secara cermat dan terperinci meliputi posisi, nama temp at, skala dan petunjuk ar ah. Base station yang baru akan diturunkan dari nilai gayaberat yang mengacu dan terikat pada Titik Tinggi Geodesi (TTG) yang terletak di daerah penelitian. TTG tersebut pada dasarnya telah terikat dengan jaringan Gayaberat Internasional at au International Gravity Standardization Net, (IGSN 71) . Base station berada di Ho tel Sari Bakung kecamatan Menggala Kabupaten Tulang Bawang Provinsi Lampung. Bas e station diturunkan dari TTG.2327 yang berada di p ertigaan jalan terminal Panar akan-Menggala-Panarakan depan kuburan, 800 m membe sar dari km.121 TB;km.2 Mengga la; km.20 Panarakan. Penurunan tersebut dilakukan dengan metode kitaran/looping. Pengukuran data lapangan meliputi pembacaan grav ity meter juga penentuan posisi, waktu dan pembacaan barometer serta suhu. Pengu kuran gayaberat pada penelitian ini menggunakan alat gravity meter LaCoste & Rom berg type G.525 berketelitian 0, 03 mGal/hari atau 0,1 mGal/bulan. Penentuan pos isi dan waktu menggunakan GlobalPositioning System (GPS) Garmin, sedangkan pengukuran ketinggian menggunakan Bar ometer Aneroid Precission dan termometer. Pengukuran pada titik-titik survei di l akukan dengan metode kitaran/looping dengan pola A-B-C-D-A, dengan A adalah sala h satu cell center (CC) yang merupakan base station setempat. Jarak antar titik pe ngukuran pada keadaan normal 5 km, tergantung dari medan yang akan diukur den gan pertimbangan berdasarkan pada kecenderungan (trend) geologi di daerah survei . Metode kitaran/looping diharapkan untuk menghilangkan kesalahan yang disebabka n oleh pergeseran pembacaan gravity meter. Metode ini muncul dikarenakan alat ya ng digunakan selama melakukan pengukuran akan mengalami guncangan, sehingga meny eb abkan bergesernya pembacaan titik nol pada alat tersebut Pengolahan Data Grav ity Pemrosesan data gayaberat yang sering disebut juga dengan reduksi data gayab erat , secara umum dapat dipisahkan menjadi dua macam, yaitu: proses dasar dan p roses lanjutan. Proses dasar mencakup seluruh proses berawal dari nilai pembacaa n ala t di lapangan sampai diperoleh nilai anomali Bouguer di setiap titik amat. Prose s tersebut meliputi tahap-tahap sebagai berikut: konversi pembacaan gravi ty mete r ke nilai milligal, koreksi apungan (drift correction), koreksi pasang surut (t idal correction), koreksi lintang (latitude correction), koreksi udara bebas (fr ee-air correction), koreksi Bouguer (sampai pada tahap ini diperoleh n ilai anoma li Bouguer Sederhana (ABS) pada topografi.), dan koreksi medan (terra in correcti on). Pemrosesan data tersebut menggunakan komputer dengan software M S. Excel. Pr oses lanjutan merupakan proses untuk mempertajam kenampakan/gejala geologi pada daerah penyelidikan yaitu pemodelan dengan menggunakan software Sur fer 8 dan GRA V2DC. Beberapa koreksi dan konversi yang dilakukan dalam pemrosesa n data metoda gayaberat, dapat dinyatakan sebagai berikut : a. Konversi Pembacaa n Gravity Meter Pemrosesan data gayaberat dilakukan terhadap nilai pembacaan gra vity meter untuk mendapatkan nilai anomali Bouguer. Untuk memperoleh nilai anoma li Bouguer dari setiap titik amat, maka dilakukan konversi pembacaan gravity met er menjadi nilai gayaberat dalam satuan milligal. Untuk melakukan konversi memer lukan tabel konv ersi dari gravity meter tersebut. Setiap gravity meter dilengka pi dengan tabel k onversi. Cara melakukan konversi adalah sebagai berikut: 1. Mi sal hasil pembacaan gravity meter 1714,360. Nilai ini diambil nilai bu lat sampa i ratusan yaitu 1700. Dalam tabel konversi (Tabel 3.1) nilai 1700 sama dengan 17 30,844 mGal. 2. Sisa dari hasil pembacaan yang belum dihitung yaitu 14,360 dikal ikan den gan faktor interval yang sesuai dengan nilai bulatnya, yaitu 1,01772 se hingga ha silnya menjadi 14,360 x 1,01772 = 14.61445 mGal. 3. Kedua perhitungan diatas dijumlahkan, hasilnya adalah (1730,844 + 14.614 45) x CCF = 1746.222 mGal . Dimana CCF (Calibration Correction Factor) merupakan nilai kalibrasi alat Grav ity meter LaCoste & Romberg type G.525 sebesar 1.000437 261. b. Posisi dan Ketin ggian Penentuan posisi menggunakan GPS, sedangkan pengukuran ketinggian mengguna kan ba rometer aneroid dan termometer. Pengukuran ketinggian dilakukan secara di ferensi al yaitu dengan menggunakan dua buah barometer dan termometer. Pengukura n terseb ut dilakukan dengan menempatkan satu alat di base station sedangkan ala t yang la in dibawa untuk melakukan pengukuran pada setiap titik amat. Adapun pe mrosesan data posisi dan ketinggian sebagai berikut. 1. Pemrosesan Data GPS Seti ap kali pembacaan posisi titik amat langsung dapat diketahui dari bacaan ter seb ut, yaitu berupa bujur (longitude) dan lintang (latitude). Posisi yang ditunj uk an GPS dalam satuan derajat, menit dan detik. Maka perlu melakukan konversi po s isi dari satuan waktu ke dalam satuan derajat. Posisi ini selanjutnya digunakan untuk menghitung koreksi lintang atau perhitungan normal. 2. Pemrosesan Data Bar ometer Barometer merupakan alat ukur tekanan udara yang secara tidak langsung di gunakan untuk mengukur beda tinggi suatu tempat di permukaan bumi. Prinsip pengu kuran k etinggian barometer didasarkan pada suatu hubungan antara tekanan udara disuatutempat dengan ketinggian tempat lainnya, yaitu dengan adanya tekanan udara suatu tempat dipermukaan bumi sebanding dengan berat kolom udara vertikal yang berada diatasnya (hingga batas atas atmosfer). Ketelitiaan pengukuran tinggi barometer sangat tergantung pada kondisi cuaca, sebab keadaan tersebut akan mempengaruhi tekanan udara di suatu tempat. Perbedaan temperatur udara dan kecepatan angin di suatu tempat akan menyebabkan tekanan udara naik turun (berfluktuasi), sehingga akan menimbulkan kesalahan dalam beda tinggi antara dua tempat yang berbeda. Ma k a perlu dilakukan pengukuran temperatur udara untuk menentukan koreksi tempera tu r yang harus diperhitungkan dalam penentuan beda tinggi, sehingga akan memper kec il kesalahan (Subagio, 2002). Pengukuran ketinggiaan dengan menggunakan baro mete r selain tergantung pada tekanan udara, dipengaruhi juga oleh beberapa para meter seperti temperatur udara, kelembaban udara, posisi lintang titik amat, ser ta ke tinggian titik ukur. Dalam pemrosesan data metoda gayaberat terdapat beber apa tahapan dengan koreksikoreksi diantaranya adalah : 1. Koreksi Apungan (Drift Correction) Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan pengaruh perubahan kondis i alat (gravi ty meter) terhadap nilai pembacaan. Koreksi apungan muncul karena gravity meter selama digunakan untuk melakukan pengukuran akan mengalami goncang an, sehingga a kan menyebabkan bergesernya pembacaan titik nol pada alat tersebu t. Koreksi ini dilakukan dengan cara melakukan pengukuran dengan metode looping, yaitu dengan p embacaan ulang pada titik ikat (base station) dalam satu kali lo oping, sehingga nilai penyimpangannya diketahui. 2. Koreksi Pasang Surut (Tidal Correction) Koreksi ini adalah untuk menghilangkan gaya tarik yang dialami bumi akibat bulan dan matahari, sehingga di permukaan bumi akan mengalami gaya tarik naik turun. Hal ini akan menyebabkan perubahan nilai medan gravitasi di permukaa n bumi secar a periodik. Koreksi pasang surut juga tergantung dari kedudukan bul an dan mataha ri terhadap bumi. Koreksi tersebut dihitung berdasarkan perumusan Longman (1965) yang telah dibuat dalam sebuah paket program komputer. Koreksi in i selalu ditam bahkan terhadap nilai pengukuran, dari koreksi akan diperoleh nil ai medan gravit asi di permukaan topografi yang terkoreksi drift dan pasang suru t, 3. Koreksi Lintang (Latitude Correction) Koreksi lintang digunakan untuk meng koreksi gayaberat di setiap lintang geografi s karena gayaberat tersebut berbeda , yang disebabkan oleh adanya gaya sentrifuga l dan bentuk ellipsoide. Dari kore ksi ini akan diperoleh anomali medan gayaberat . Medan anomali tersebut merupaka n selisih antara medan gayaberat observasi deng an medan gayaberat teoritis (gay aberat normal). Menurut (Sunardy, A.C., 2005) gayaberat normal adalah harga gaya berat teoritis y ang mengacu pada permukaan laut rata-rata sebagai titik awal ke tinggian dan meru pakan fungsi dari lintang geografi. Medan gayaberat teoritis d iperoleh berdasark an rumusan-rumusan secara teoritis, maka untuk koreksi ini me nggunakan rumusan m edan gayaberat teoris pada speroid referensi (z = 0) yang di tetapkan oleh The In ternational of Geodesy (IAG) yang diberi nama Geodetic Refe rence System 1967 (GR S 67) sebagai fungsi lintang (Burger, 1992), 4. Koreksi Ke tinggian Koreksi ini digunakan untuk menghilang perbedaan gravitasi yang dipenga ruhi oleh perbedaan ketinggian dari setiap titik amat. Koreksi ketinggian terdir i dari du a macam yaitu a) Koreksi Udara Bebas (free-air correction) Koreksi uda ra bebas merupakan koreksi akibat perbedaan ketinggian sebesar h deng an mengaba ikan adanya massa yang terletak diantara titik amat dengan sferoid ref erensi. K oreksi ini dilakukan untuk mendapatkan anomali medan gayaberat di topog rafi. Un tuk mendapat anomali medan gayaberat di topografi maka medan gayaberat t eoritis dan medan gayaberat observasi harus sama-sama berada di topografi, sehin gga ko reksi ini perlu dilakukan. Koreksi udara bebas dinyatakan secara metematis denga n rumus : FAC =0.3085h mGal dimana h adalah beda ketinggian antara titik amat ga yaberat dari sferoid referen si (dalam meter).Setelah dilakukan koreksi tersebut maka akan didapatkan anomali udara bebas di t opografi yang dapat dinyatakan dengan rumus : FAA =gobs-g(f) +FAC mGal dimana : FAA: anomali medan gayaberat udara bebas di topografi (mGal) Gobs: medan gayabe rat observasi di topografi (mGal) G(f): medan gayaberat teoritis pada posisi tit ik amat (mGal) FAC : koreksi udara bebas (mGal) b) Koreksi Bouguer Bouguer Corre ction adalah harga gaya berat akibat massa di antara referensi anta ra bidang re ferensi muka air laut samapi titik pengukuran sehingga nilai gobserv asi bertamb ah. Setelah dilakukan koreksi-koreksi terhadap data percepatan gravit asi hasil pengukuran (koreksi latitude, elevasi, dan topografi) maka diperoleh a nomali pe rcepatan gravitasi (anomali gravitasi Bouguer lengkap) yaitu : gBL = gobs g( ) + gFAgB + gT dimana : gobs = medan gravitasi observasi yang sudah dikoreksi pasang surut g( ) = Koreksi latitude gFA = Koreksi udara bebas (Free Air Effect) gB = Koreksi Bouguer gT = Koreksi topografi (medan) Dengan memasukan harga-harga nume rik yang sudah diketahui, gBL = gobs g( ) + 0.094h (0.01277h T) 5. Korek i Medan (Terrain Corection) Korek i medan digunakan untuk menghilangkan pengaruh efek ma a di ekitar titik ob erva i. Adanya bukit dan lembah di ekitar titik amat akan mengurangi be arnya medan gayaberat yang ebenarnya. Karena efek ter ebut ifatnya mengurangi medan gayaberat yang ebenarnya di titik amat maka korek i medan haru ditambahkan te rhadap nilai medan gayaberat. c. Anomali Bouguer Nilai anomali B ouguer lengkap dapat diperoleh dari nilai anomali Bouguer ederha na yang telah t erkorek i medan, Merupakan anomali yang dicari dengan cara meredu k i ha il peng ukuran lapangan dengan korek i-korek i eperti yang telah diuraika n di ata . Dg = {Dgob DgF + (3,086 0,4191r) h + Tr} gu Contoh penentuan anomali dapat dilihat pada Gambar sebagai berikut : 2. METODE SEISMIK Merupakan salah satu metoda geof isika yang digunakan untuk eskplorasi sumber day a alam dan mineral yang ada di bawah permukaan bumi dengan bantuan gelombang sei smik. Eksplorasi seismik atau eksplorasi dengan menggunakan metode seismik banya k dipakai oleh perusahaan-per usahaan minyak untuk melakukan pemetaan struktur di bawah permukaan bumi untuk b isa melihat kemungkinan adanya jebakan-jebakan miny ak berdasarkan interpretasi dari penampang seismiknya. Dalam metoda seismik peng ukuran dilakukan dengan men ggunakan sumber seismik (ledakan, vibroseis dll). Set elah sumber diberikan maka akan terjadi gerakan gelombang di dalam medium (tanah /batuan) yang memenuhi hu kum-hukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pema ntulan ataupun pembiasan akibat munculnya perbedaan kecepatan. Kemudian, pada su atu jarak tertentu, ger akan partikel tersebut di rekam sebagai fungsi waktu. Ber dasar data rekaman ini lah dapat diperkirakan bentuk lapisan/struktur di dalam tana h (batuan). Metode se ismik didasarkan pada gelombang yang menjalar baik refleksi maupun refr aksi. Ad a beberapa anggapan mengenai medium dan gelombang dinyatakan sebagai be rikut An ggapan yang dipakai untuk medium bawah permukaan bumi antara lain : Medium bumi dianggap berlapis-lapis dan tiap lapisan menjalarkan gelombang seism ik dengan k ecepatan berbeda. Makin bertambahnya kedalaman batuan lapisan bumi makin kompak. Anggapan yang dipakai untuk penjalaran gelombang seismik adalah : Panjang gelom bang seismik