geofisika

Metode GeofisikaMetode eksplorasi geofisika yang akan dibahas pada materi ini yaitu, geolistrik, seismik refraksi, GPR, gravity dan magnetik.

1. Metode Geolistrik (metode resistivity/tahanan jenis)Metoda ini menggunakan medan potensial listrik bawah permukaan sebagai objek pengamatan utamanya. Kontras resistivity yang ada pada batuan akan mengubah potensial listrik bawah permukaan tersebut sehingga bisa kita dapatkan suatu bentuk anomali dari daerah yang kita amati.

Dalam metoda geolistrik terdapat beberapa spesifikasi  yaitu :

a. Self potensial (SP) –> Metode ini memanfaatkan potensial listrik yang terdapat di alam.b. Induced potential (IP) –> Metode ini memanfaatkan potensial listrik yang kita induksikan sendiri kedalam tanah.Teori utama dalam metoda resistivity sesuai dengan hokum Ohm yaitu arus yang mengalir (I) pada suatu medium sebanding dengan voltage (V) yang terukur dan berbanding terbalik dengan resistansi (R) médium, atau dapat dirumuskan sebagai berikut :

V = I.RDimana R (Resistansi) sebanding dengan panjang medium yang dialiri (x), dan berbanding terbalik dengan luas bidang (A), yang sesuai dengan rumus :

R = x/AUntuk mendapatkan pengukuran resistivity yang menghasilkan harga resistivitas semu ρapp (apparent resistivity) dirumuskan oleh :ρ app = K array . V / IDalam pelaksanaan survey dikenal beberapa metoda pengambilan data sesuai dengan peletakan eloktroda yang dilakukan. Hal ini berpengaruh terhadap faktor geometri peneletian resistivity yang kita lakukan. Adapun aturan/metoda tersebut antara lain :

1. Metoda Wenner2. Metoda Gradien3. Metoda Schlumberger4. Metoda Dipole-dipole5. Metoda Pole-dipole

Konfigurasi elektroda

Teknik akusisi data resistivity :- Peralatan yang dibutuhkan :

1. Sepasang elektroda arus dan elektroda potensial

2. Accu (biasanya 12 v, 1 A)

3. Peralatan elektronik pengukuran (spt: Mc-Ohm, Phoenix Technology, Abem Terrameter dll)

- Tennik Pengukuran :

1. Sounding : untuk informasi bawah permukaan secara vertikal (model bumi berlapis)

2. Profilling : untuk informasi bawah permukaan secara mendatar (variasi lateral)

3. Offset Sounding : untuk informasi bawah permukaan profil sounding yang kontinyu secara lateral

- Tahapan akusisi :

1. Tentukan konfigurasi elektroda yang ingin dipakai

2. Pasang elektroda sesuai dengan konfigurasi yang dipilih

3. Ukur besar resistivity semunya

4. Catat hal-hal penting : posisi dan elevasi elektroda, arus dan potensial yang digunakan tiap pengukuran, resistivity semu yang didapat di alat, kondisi geologi dilapangan secara umum

5. Plot pada kurva bi-log antara jarak AB/2 vs resistivity semu yang didapat

demikian penjelasan mengenai metode geolistrik, semoga bermanfaat

2. Metode Seismik RefraksiGelombang seismik merupakan gelombang mekanis yang terjadi di bumi baik yang disebabkan secara alami maupun buatan manusia. Adapun pengertian refraksi secara harfiah adalah pembiasan. Sehingga seismic refraksi adalah pembiasan gelombang seismic. Selain refraksi dikenal pula seismic refleksi atau pantulan, namun dalam laporan ini hanya dibahas tentang seismic refraksi karena dalam penelitian yang dilakukan di daerah Seling hanya menggunakan metoda refraksi.

Pada dasarnya dalam metoda ini diberikan suatu gangguan berupa gelombang seismic pada suatu sistem dan kemudian gejala fisisnya diamati dengan menangkap gejala tersebut melalui receiver (geophone). Hal tersebut akan menghasilkan gambaran tentang kecepatan dan kedalaman lapisan berdasarkan pengukuran waktu tempuh gelombang antara sumber getaran (shot) dan geophone. Adapun waktu yang diperlukan oleh gelombang seismic untuk merambat pada lapisan batuan bergantung besar kecepatan yang dimiliki oleh medium yang dilaluinya tersebut.Dalam peneletian yang dilakukan di daerah Seling ini metoda seismic refraksi digunakan untuk mengetahui jumlah lapisan yang ada pada daerah tersebut dan diketahui pula nilai densitas dari setiap lapisan sehingga kita dapat memperkirakan karakteristik batuan yang sesuai dengan densitas batuan yang diketahui. Dengan mengetahui jenis batuan yang diperkirakan dari lapisan tersebut kita bisa menduga batuan di lapisan mana yang berkemungkinan menjadi bidang lincir yang menyebabkan pergerakan tanah di daerah Seling tersebut.

Teori DasarDalam penjalaran gelombang seismic yang terjadi di bumi mengikuti beberapa prinsip fisika perambatan gelombang pada suatu medium yaitu :

1. Prinsip HuygenSuatu gelombang yang melewati suatu titik akan membuat titik tersebut menjadi sumber gelombang baru dan akan begitu seterusnya.

1. Prinsip FermatDalam penjalaran gelombang dari satu titik ke titik selanjunya yang melewati suatu medium tertentu akan mencari suatu lintasan dengan waktu tempuh yang paling sedikit.

1. Prinsip SnelliusGelombang yang merambat dan melalui medium yang berbeda akan mengalami pembiasan maupun pemantulan. Adapun dalam pembiasan maupun pemantulannya akan mengikuti persamaan berikut :

Sedangkan untuk sudut kritis (q2 = 900) maka persamaannya akan berubah menjadi :

dikarenakan sin 900 = 1Dalam penjalaran gelombang seismic gelombang yang datang pertama kali adalah gelombang langsung (jaraknya paling kecil) setelah itu adalah gelombang bias dan yang paling terakhir ditangkapa adalah gelombang pantul (refleksi).

Selain prinsip utama penjalaran gelombang sebagaimana dijelaskan sebelumnya dalam metoda refraksi dikenal pula prisip Hagiwara. Metoda Hagiwara ini digunakan untuk menentukan kedalaman suatu lapisan dari daerah yang kita survey yaitu daerah Seling. Ketika digunakan metoda Hagiwara sebagai metoda intrepetasi maka diperlukan suatu pasngan kurva travel time bolak-balik (reciprocal travel time curve) yang direfraksikan dari suatu lapisan pada kedalaman lapisan yang diselidiki.Akuisisi dataDalam pengambilan data seismic refraksi agar menghasilkan kualitas data yang bagus dan mengandung bentuk first break yang tajam dapat dilakukan beberapa cara antara lain : stacking, memperbesar kekuatan shoting, dan filtering. Dalam pengambilan data yang menggunakan dinamit sebagai sumber getaran maka perlu diperhatikan tempat yang tepat sehingga energy dinamit dapat terkonversi menjedi energy seismic secara efektif.3. Metode GPR (Groun Penetrating Radar)Metode ground penetrating radar atau georadar merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan

sifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio dengan frekuensi antara 1-1000 MHz. Georadar menggunakan gelombang elektromagnet dan memanfaatkan sifat radiasinya yang memperlihatkan refleksi seperti pada metode seismik refleksi.

Pengukuran dengan menggunakan GPR ini merupakan metode yang tepat untuk mendeteksi benda benda kecil yang berada di dekat permukaan bumi (0,1-3 meter) dengan resolusi yang tinggi yang artinya konstanta dielektriknya menjadi rendah.

Ada tiga jenis pengukuran yaitu refleksi, velocity sounding, dan transiluminasi. Pengukuran refleksi biasa disebut Continuous Reflection Profiling (CRP). Pengukuran velocity Sounding disebut Common Mid Point (CMP) untuk mementukan kecepatan versus kedalaman, dan transiluminasi disebut juga GPR Tomografi.

Teori DasarGPR terdiri dari sebuah pembangkit sinyal, antena transmitter dan receiver sebagai pendeteksi gelombang EM yang dipantulkan. Signal radar ditransmisikan sebagai pulsa-pulsa yang tidak terabsorbsi oleh bumi tetapi dipantulkan dalam domain waktu tertentu. Mode konfigurasi antena transmitter dan receiver pada GPR terdiri dari mode monostatik dan bistatik. Mode monostatik yaitu bila transmitter dan receiver digabung dalam satu antena. sedangkan moded bistatik bila kedua antena memiliki jarak pemisah.

Transmitter membangkitkan pulsa gelombang EM pada frekuensi tertentu sesuai dengan karaketristik antena tersebut (10 MHz – 4 GHz). Receiver diset untuk melakukan scan yang secara normal mancapi 32-512 scan per detik. Setiap hasil scan ditampilkan pada layar monitor (real-time) sebagai fungsi waktu two-way traveltime, yaitu waktu yang dibutuhkan gelombang EM menjalar dari transmitter, target dan  ke receiver. Tampilan ini disebut radargram.

Fenomena elektromagnetik dapat dijelaskan dengan persamaan Maxwell. Persamaan ini terdiri dari 4 persamaan medan dan untuk tiap-tiap persamaan merupakan hubungan antara medan dengan distribusi sumber yang bersangkutan.

Persamaan yang menghubungkan sifat fisik medium dengan medan yang timbul pada medium tersebut dapat dinyatakan dengan :

Keterangan :H = intensitas medan magnet (ampere/m)

D = perpindahan listrik (coulomb/m2)є = permitivitas listrik (farad/m)

σ = konduktivitas (1/ohm-m)

Untuk menyederhanakan masalah, sifat fisik medium diasumsikan tidak bervariasi terhadap waktu dan posisi (homogen isotropi). Maka persamaan Maxwell dapat ditulis sebagai berikut :

Persamaan Maxwel ini adalah landasan berpikir dari perambatan gelombang elektromagnet. Pada material dielektrik murni suseptibilitas magnetik (μ) dan permitivitas listrik (є) adalah konstan dan tidak terdapat atenuasi dalam perambatan gelombang. Tidak sama halnya jika berhadapan dengan material dielektrik yang ada.

Sifat-sifat dari material bumi bergantung dari komposisi dan kandungan air material tersebut. Keduanya ini mempengaruhi cepat rambat perambatan gelombang dan atenuasi gelombang elektromagnet.

Keberhasilan dari metoda GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang tertransmisikan. Perbandingan energi yang direfleksikan disebut koefisien refleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnet dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari media yang berdekatan. Hal ini dapat terlihat pada persamaan berikut :

Keterangan :

V1 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 1V2 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 2 , dan V1 < V2

є1 dan є2 = konstanta dielektrik relatif lapisan 1 dan lapisan 2Dalam semua kasus, besarnya R terletak antara -1 dan 1. bagian dari energi yang ditransmisikan sama dengan 1-R. Persamaan diatas daplikasikan untuk keadaan normal pada permukaan bidang datar. Dengan asumsi tidak ada sinyal yang hilang sehubungan dengan amplitudo sinyal.

Jejak yang terdapat pada rekaman georadar merupakan konvolusi dari koefisien refleksi dan impulse georadar ditunjukkan oleh persamaan :

Keterangan :

r(t)  = koefisien refleksi

A(t) = amplitudo rekaman georadar

F(t) = impulse radar

n(t) = noise radar

Besar amplitudo rekaman georadar r(t) akan tampak pada penampang rekaman georadar berupa variasi warna. Refleksi atau transmisi di sekitar batas lapisan menyebabkan energi hilang. Jika kemudian ditemukan benda yang memiliki dimensi yang sama dengan panjang gelombang dari sinyal gelombang elektromagnet maka benda ini menyebabkan penyebaran energi secara acak. Absorbsi ( mengubah energi elektromagnet menjadi energi panas ) dapat menyebabkan energi hilang. Penyebab yang paling utama hilangnya energi karena atenuasi fungsi kompleks dari sifat lstrik dan dielektrika media yang dilalui sinyal radar. Atenuasi (α) tergantung dari konduktifitas (σ), peermeabilitas magnetik (μ), dan permitivity (є) dari media yang dilalui oleh sinyal dan frekuensi dari sinyal itu sendir (2πf). Sifat bulk dari material ditentukan oleh sifat fisik dari unsur pokok yang ada dan komposisinya.

Prinsip kerja georadarGPR adalah salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio yang mempunyai rentang frekuensi antara 1-1000 MHz dan dapat mendeteksi parameter permitivitas listrik (ε), konduktivitas (σ) dan permeabilitas magnetik (μ). GPR dapat disebut juga dengan metode refleksi elektromagnetik karena memanfaatkan sifat radiasi elektromagnetik yang memperliahtkan refleksi separti pada metode gelombang seismik. GPR digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk stratigrafi tanah, studi air tanah, pemetaan fracture bedrock dan penentuan kedalaman dari permukaan air tanah (Annan dan Davis, 1989).1. Prinsip Kerja GPRPrinsip kerja alat GPR yaitu dengan mentransmisikan gelombang radar (Radio Detection and Ranging) ke dalam medium target dan selanjutnya gelombang tersebut dipantulkan kembali ke permukaan dan diterima oleh alat penerima radar (receiver), dari hasil refleksi itulah barbagai macam objek dapat terdeteksi dan terekam dalam radargram. Mekanisme kerja GPR dan contoh rekaman radargram ditunjukan oleh gambar

Untuk mendeteksi suatu objek diperlukan perbedaan parameter kelistrikan dari medium yang dilewati gelombang radar. Perbedaan parameter kelistrikan itu antara lain permitivitas listrik, konduktivitas dan permeabilitas magnetik.

Sifat elektromagnetik suatu material bergantung pada komposisi dan kandungan air didalamnya, dimana keduanya merupakan pengaruh utama pada perambatan kecepatan gelombang radar dan atenuasi gelombang elektromagnetik dalam material. Reynold dalam bukunya An Introduction to Applied and Evironmental Geophysics, menyatakan bahwa kecepatan gelombang radar dalam suatu medium tergantung pada kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c = 0.3 m/ns), konstanta dielektrik relatif medium (εr) dan permeabilitas magnetic relatif (μr).Keberhasilan metode GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang radar tertransmisikan dan refleksikan. refleksi yang ditimbulkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik timbul akibat adanya perbedaan antara konstanta dielektrik relatif antara lapisan yang berbatasan.

Perbandingan energi yang direfeleksikan disebut koefesien refeleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnetik dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari medium yang berdekatan.Dalam perambatannya, amplitudo sinyal akan mengalami pelemahan karena adanya energi yang hilang, sebagai akibat terjadinya refleksi / trasmisi di tiap batas medium  dan terjadi setiap kali gelombang radar melewati batas antar medium. Faktor kehilangan energi disebabkan oleh perubahan energi elektromagnetik menjadi panas. Penyebab dasar terjadinya atenuasi merupakan fungsi kompleks dari sifat dielektrik dan sifat listrik medium yang

dilewati oleh sinyal radar. Faktor atenuasi tergantung pada konduktivitas, permitivitas, dan permeabilitas magnetic medium, dimana sinyal tersebut menjalar, serta frekuensi sinyal itu sendiri.

Skin depth ( adalah kedalaman dimana sinyal telah berkurang menjadi 1/e (yaitu Hubungan antara konstanta dielektrik  dan cepat rambat gelombang radar dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Untuk material geologi,  berada pada rage 1-30, sehingga range jarak cepat rambat gelombang menjadi besar yaitu sekitar 0.03 sampai 0.175 m/ns (Reynolds, 1997).Konstanta dielektrik relatif dan cepat rambat gelombang elektromagnetik untuk material geologi (McCann et al, 1988)

Material V (m/

Air 1 300

Water (fresh) 81 33

Water (sea) 81 33

Sand 3 – 6120 – 170

Clay soil 3 173

Sand (wet)25 – 30 55 – 60

Sand (dry) 3 – 6120 – 170

Agricultural land 15 77

Average ‘soil’ 16 75

Granite 5 – 8106 – 120

Limestone 7 – 8100 – 113

Dolomite6,8 – 8

106 – 115

Basalt 8 1064. Metode Gravity

Metode Gravity adalah salah satu metode eksplorasi dalam geofisika, yang memenfaatkan sifat daya tarik antar benda yang didapat dari densitasnya, jadi prinsip eksplorasi dengan metode gravity ini yaitu mencari anomali gravity pada subsurface.Adapun tahapan dari metode ini yaitu :1. Pengambilan data dari lapanganPengambilan data dilapangan dapat menggunakan alat gravimeter, (contoh kasus : LaCoste & Romberg Model G-525). pada alat ini terdapat 3 komponen besar (gravimeter, dudukan cembung dan power supply -accu-),Tahapan menggunakan alat ini yaitu dudukan cembung di posisikan pada titik pengukuran, taruh gravimeter diatasnya, sentring kestabilan alat terhadap permukaan, buka kunci bandul, baca perhitungan alat, catat datanya, tutup kunci bandul dan selesai.5. Metode MagnetikSurvey magnetik merupakan metoda eksplorasi geofisika yang mengukur medan magnet bumi di setiap titik yang ada di muka bumi. Penggunaan metode magnetik berdasarkan pada adanya anomali medan magnetik bumi yang diakibatkan oleh adanya perbedaan sifat kemagnetan dari berbagai macam batuan. Dalam kegiatan eksplorasi, survei magnetik dapat dilakukan di darat, laut maupun udara.

(sumber : Hasil pengalaman selama mengambil mata kuliah dan berbagai sumber -jika salah mohon dikoreksi)