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 pengamatanutamanya. Kontras resistivity yang ada pada batuan akan mengubah potensial listrik bawahpermukaan 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 induksikansendiri kedalam tanah.

Teori utama dalam metoda resistivity sesuai dengan hokum Ohm yaitu arus yang mengalir (I) padasuatu medium sebanding dengan voltage (V) yang terukur dan berbanding terbalik denganresistansi (R) médium, atau dapat dirumuskan sebagai berikut :

V = I.R

Dimana R (Resistansi) sebanding dengan panjang medium yang dialiri (x), dan berbanding terbalikdengan luas bidang (A), yang sesuai dengan rumus :

R = x/A

Untuk mendapatkan pengukuran resistivity yang menghasilkan harga resistivitas semu ρapp

(apparent resistivity) dirumuskan oleh :

ρ app = K array . V / I

Dalam pelaksanaan survey dikenal beberapa metoda pengambilan data sesuai dengan peletakaneloktroda yang dilakukan. Hal ini berpengaruh terhadap faktor geometri peneletian resistivity yangkita 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 secaralateral

– 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 tiappengukuran, 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 Refraksi

Gelombang seismik merupakan gelombang mekanis yang terjadi di bumi baik yangdisebabkan secara alami maupun buatan manusia. Adapun pengertian refraksi secara harfiahadalah pembiasan. Sehingga seismic refraksi adalah pembiasan gelombang seismic. Selain refraksidikenal pula seismic refleksi atau pantulan, namun dalam laporan ini hanya dibahas tentangseismic refraksi karena dalam penelitian yang dilakukan di daerah Seling hanya menggunakanmetoda refraksi.

Pada dasarnya dalam metoda ini diberikan suatu gangguan berupa gelombang seismic padasuatu sistem dan kemudian gejala fisisnya diamati dengan menangkap gejala tersebut melaluireceiver (geophone). Hal tersebut akan menghasilkan gambaran tentang kecepatan dan kedalamanlapisan berdasarkan pengukuran waktu tempuh gelombang antara sumber getaran (shot) dangeophone. Adapun waktu yang diperlukan oleh gelombang seismic untuk merambat pada lapisanbatuan bergantung besar kecepatan yang dimiliki oleh medium yang dilaluinya tersebut.

Dalam peneletian yang dilakukan di daerah Seling ini metoda seismic refraksi digunakanuntuk mengetahui jumlah lapisan yang ada pada daerah tersebut dan diketahui pula nilai densitasdari setiap lapisan sehingga kita dapat memperkirakan karakteristik batuan yang sesuai dengandensitas batuan yang diketahui. Dengan mengetahui jenis batuan yang diperkirakan dari lapisantersebut kita bisa menduga batuan di lapisan mana yang berkemungkinan menjadi bidang linciryang menyebabkan pergerakan tanah di daerah Seling tersebut.

Teori Dasar

Dalam penjalaran gelombang seismic yang terjadi di bumi mengikuti beberapa prinsipfisika perambatan gelombang pada suatu medium yaitu :

1. Prinsip Huygen

Suatu gelombang yang melewati suatu titik akan membuat titik tersebut menjadi sumbergelombang baru dan akan begitu seterusnya.

1. Prinsip Fermat

Dalam penjalaran gelombang dari satu titik ke titik selanjunya yang melewati suatu mediumtertentu akan mencari suatu lintasan dengan waktu tempuh yang paling sedikit.

1. Prinsip Snellius

Gelombang yang merambat dan melalui medium yang berbeda akan mengalami pembiasanmaupun pemantulan. Adapun dalam pembiasan maupun pemantulannya akan mengikutipersamaan berikut :

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

dikarenakan sin 900 = 1

Dalam penjalaran gelombang seismic gelombang yang datang pertama kali adalah gelombanglangsung (jaraknya paling kecil) setelah itu adalah gelombang bias dan yang paling terakhirditangkapa adalah gelombang pantul (refleksi).

Selain prinsip utama penjalaran gelombang sebagaimana dijelaskan sebelumnya dalam metodarefraksi dikenal pula prisip Hagiwara. Metoda Hagiwara ini digunakan untuk menentukankedalaman suatu lapisan dari daerah yang kita survey yaitu daerah Seling. Ketika digunakanmetoda Hagiwara sebagai metoda intrepetasi maka diperlukan suatu pasngan kurva travel timebolak-balik (reciprocal travel time curve) yang direfraksikan dari suatu lapisan pada kedalamanlapisan yang diselidiki.

Akuisisi data

Dalam pengambilan data seismic refraksi agar menghasilkan kualitas data yang bagus danmengandung bentuk first break yang tajam dapat dilakukan beberapa cara antara lain : stacking,memperbesar kekuatan shoting, dan filtering. Dalam pengambilan data yang menggunakandinamit sebagai sumber getaran maka perlu diperhatikan tempat yang tepat sehingga energydinamit dapat terkonversi menjedi energy seismic secara efektif.

3. Metode GPR (Groun Penetrating Radar)

Metode ground penetrating radar atau georadar merupakan salah satu metode geofisika yangmempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan menggunakangelombang radio dengan frekuensi antara 1-1000 MHz. Georadar menggunakan gelombangelektromagnet dan memanfaatkan sifat radiasinya yang memperlihatkan refleksi seperti padametode seismik refleksi.

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

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

Teori Dasar

GPR terdiri dari sebuah pembangkit sinyal, antena transmitter dan receiver sebagai pendeteksigelombang EM yang dipantulkan. Signal radar ditransmisikan sebagai pulsa-pulsa yang tidakterabsorbsi oleh bumi tetapi dipantulkan dalam domain waktu tertentu. Mode konfigurasi antenatransmitter dan receiver pada GPR terdiri dari mode monostatik dan bistatik. Mode monostatikyaitu bila transmitter dan receiver digabung dalam satu antena. sedangkan moded bistatik bilakedua antena memiliki jarak pemisah.

Transmitter membangkitkan pulsa gelombang EM pada frekuensi tertentu sesuai dengankaraketristik antena tersebut (10 MHz – 4 GHz). Receiver diset untuk melakukan scan yang secaranormal 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 EMmenjalar dari transmitter, target dan ke receiver. Tampilan ini disebut radargram.

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

Persamaan yang menghubungkan sifat fisikmedium 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 waktudan posisi (homogen isotropi). Maka persamaan Maxwell dapat ditulis sebagai berikut :

Persamaan Maxwel ini adalah landasan berpikir dari perambatan gelombang elektromagnet. Padamaterial dielektrik murni suseptibilitas magnetik (μ) dan permitivitas listrik (є) adalah konstan dantidak terdapat atenuasi dalam perambatan gelombang. Tidak sama halnya jika berhadapan denganmaterial 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 gelombangelektromagnet.

Keberhasilan dari metoda GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapatmenyebabkan gelombang tertransmisikan. Perbandingan energi yang direfleksikan disebutkoefisien refleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnet danlebih 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 1

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

є1 dan є2 = konstanta dielektrik relatif lapisan 1 dan lapisan 2

Dalam semua kasus, besarnya R terletak antara -1 dan 1. bagian dari energi yang ditransmisikansama dengan 1-R. Persamaan diatas daplikasikan untuk keadaan normal pada permukaan bidangdatar. Dengan asumsi tidak ada sinyal yang hilang sehubungan dengan amplitudo sinyal.

Jejak yang terdapat pada rekaman georadar merupakan konvolusi dari koefisien refleksi danimpulse 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 berupavariasi warna. Refleksi atau transmisi di sekitar batas lapisan menyebabkan energi hilang. Jikakemudian ditemukan benda yang memiliki dimensi yang sama dengan panjang gelombang darisinyal gelombang elektromagnet maka benda ini menyebabkan penyebaran energi secara acak.Absorbsi ( mengubah energi elektromagnet menjadi energi panas ) dapat menyebabkan energihilang. Penyebab yang paling utama hilangnya energi karena atenuasi fungsi kompleks dari sifatlstrik 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 danfrekuensi dari sinyal itu sendir (2πf). Sifat bulk dari material ditentukan oleh sifat fisik dari unsurpokok yang ada dan komposisinya.

Prinsip kerja georadar

GPR adalah salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkansifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio yang mempunyai rentang frekuensiantara 1-1000 MHz dan dapat mendeteksi parameter permitivitas listrik (ε), konduktivitas (σ) danpermeabilitas magnetik (μ). GPR dapat disebut juga dengan metode refleksi elektromagnetikkarena memanfaatkan sifat radiasi elektromagnetik yang memperliahtkan refleksi separti padametode 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 GPR

Prinsip kerja alat GPR yaitu dengan mentransmisikan gelombang radar (Radio Detection andRanging) ke dalam medium target dan selanjutnya gelombang tersebut dipantulkan kembali kepermukaan dan diterima oleh alat penerima radar (receiver), dari hasil refleksi itulah barbagaimacam objek dapat terdeteksi dan terekam dalam radargram. Mekanisme kerja GPR dan contohrekaman radargram ditunjukan oleh gambar

Untuk mendeteksi suatu objek diperlukan perbedaan parameter kelistrikan dari medium yangdilewati 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 danatenuasi gelombang elektromagnetik dalam material. Reynold dalam bukunya An Introduction toApplied and Evironmental Geophysics, menyatakan bahwa kecepatan gelombang radar dalamsuatu medium tergantung pada kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c = 0.3 m/ns), konstantadielektrik relatif medium (εr) dan permeabilitas magnetic relatif (μr).

Keberhasilan metode GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkangelombang radar tertransmisikan dan refleksikan. refleksi yang ditimbulkan oleh radiasigelombang elektromagnetik timbul akibat adanya perbedaan antara konstanta dielektrik relatifantara lapisan yang berbatasan.

Perbandingan energi yang direfeleksikan disebut koefesien refeleksi (R) yang ditentukan olehperbedaan cepat rambat gelombang elektromagnetik dan lebih mendasar lagi adalah perbedaandari konstanta dielektrik relatif dari medium yang berdekatan.

Dalam perambatannya, amplitudo sinyal akan mengalami pelemahan karena adanya energi yanghilang, sebagai akibat terjadinya refleksi / trasmisi di tiap batas medium dan terjadi setiap kaligelombang radar melewati batas antar medium. Faktor kehilangan energi disebabkan oleh

perubahan energi elektromagnetik menjadi panas. Penyebab dasar terjadinya atenuasi merupakanfungsi 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 antarakonstanta dielektrik dan cepat rambat gelombang radar dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Untukmaterial geologi, berada pada rage 1-30, sehingga range jarak cepat rambat gelombang menjadibesar yaitu sekitar 0.03 sampai 0.175 m/ns (Reynolds, 1997).

Konstanta dielektrik relatif dan cepat rambat gelombang elektromagnetik untuk materialgeologi (McCann et al, 1988)

Material V (m/

Air 1 300

Water (fresh) 81 33

Water (sea) 81 33

Sand 3 – 6 120 – 170

Clay soil 3 173

Sand (wet) 25 – 30 55 – 60

Sand (dry) 3 – 6 120 – 170

Agricultural land 15 77

Average ‘soil’ 16 75

Granite 5 – 8 106 – 120

Limestone 7 – 8 100 – 113

Dolomite 6,8 – 8 106 – 115

Basalt 8 106

4. Metode Gravity

Metode Gravity adalah salah satu metode eksplorasi dalam geofisika, yang memenfaatkan sifatdaya tarik antar benda yang didapat dari densitasnya, jadi prinsip eksplorasi dengan metode gravityini yaitu mencari anomali gravity pada subsurface.

Adapun tahapan dari metode ini yaitu :

1. Pengambilan data dari lapangan

Pengambilan data dilapangan dapat menggunakan alat gravimeter, (contoh kasus : LaCoste &Romberg Model G-525). pada alat ini terdapat 3 komponen besar (gravimeter, dudukan cembungdan power supply -accu-),

Tahapan menggunakan alat ini yaitu dudukan cembung di posisikan pada titik pengukuran, taruhgravimeter diatasnya, sentring kestabilan alat terhadap permukaan, buka kunci bandul, bacaperhitungan alat, catat datanya, tutup kunci bandul dan selesai.

5. Metode Magnetik

Survey magnetik merupakan metoda eksplorasi geofisika yang mengukur medan magnet bumi disetiap titik yang ada di muka bumi. Penggunaan metode magnetik berdasarkan pada adanyaanomali medan magnetik bumi yang diakibatkan oleh adanya perbedaan sifat kemagnetan dariberbagai macam batuan. Dalam kegiatan eksplorasi, survei magnetik dapat dilakukan di darat, lautmaupun udara.

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

Seiful Huda

https://geoful.wordpress.com/metode-geofisika/

https://geoful.wordpress.com/metode-geofisika/