tugas uas geofiska eksplorasi _komang wahyu krisna brata

1

TUGAS UJIAN AKHIR SEMESTER

GEOFISIKA EKSPLORASI

Disusun oleh :

Nama : Komang Wahyu Krisna Brata

NIM : 1107045039

Prodi : Konsentrasi Geofisika Geologi

Semester : 5 (lima)

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS MULAWARMAN

SAMARINDA

2014

2

Soal Ujian Akhir Semester Geofisika Eksplorasi

Jelaskan metode-metode geofisika eksplorasi berikut :

1. Magnetic (Magnetik)

2. Seismic Refraction (Seismik Refraksi)

3. Electromagnetic/GPR (Ground Penetrating Radar / Georadar)

Jawaban :

1. Metode Magnetik

Dalam geofisika suurvey 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.

Beberapa tipe bijih seperti magnetit, ilmenit, dan phirotit yang

dibawa oleh bijih sulfida menghasilkan distorsi dalam magnet kerak bumi,

dan dapat digunakan untuk melokalisir sebaran bijih. Disamping aplikasi

landsung tersebut, metoda magnetik dapat juga digunakan untuk survei

prospeksi untuk mendeteksi formasi-formasi pembawa bijih dan gejala-

gejala geologi lainnya (seperti sesar, kontak intrusi, dll).

Penggunaan metoda magnetik didalam prospek geofisika adalah

berdasarkan atas adanya anomali medan magnet bumi akibat sifat

kemagnetan batuan yang berbeda satu terhadap lainnya. Alat untuk

mengukur perbedaan kemagnetan tersebut adalah magnetometer.

1.1 Sifat Umum Kemagnetan Batuan

Medan magnet bumi secara sederhana dapat digambarkan sebagai

medan magnet yang ditimbulkan oleh batang magnet raksasa yang terletak

didalam inti bumi, namun tidak berimpit dengan pusat bumi. Medan

magnet ini dinyatakan dalam besar dan arah (vektor) dimana arahnya

Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 1

3

dinyatakan dalam deklinasi (penyimpangan terhadap arah utara-selatan

geografis) dan inklinasi (penyimpangan terhadap arah horizontal).

Kuat medan magnet yang terukur dipermukaan sebagian besar

berasal dari dalam bumi (internal field) mencapai lebih dari 90%,

sedangkan sisanya adalah medan magnet dari kerak bumi, yang

merupakan target didalam eksplorasi geofisika, dan medan dari luar bumi

(external field).

Karena medan magnet dari dalam bumi merupakan bagian yang

terbesar, maka medan ini sering juga disebut sebagai medan utama yang

dihasilkan oleh adanya aktivitas di dalam inti bumi bagian luar (salah satu

konsep adanya medan utama ini adalah dari teori dinamo).

1.2 Kerentanan (susceptibilities) Batuan

Kerentanan magnetik merupakan parameter yang menyebabkan

timbulnya anomali magnetik dan karena sifatnya yang khas untuk setiap

jenis mineral, khususnya logam, maka parameter ini merupakan salah satu

subjek didalam prospek geofisika.

Telah diketahui bahwa adanya medan magnet bumi menyebabkan

terjadinya induksi magnetik yang besarnya adalah penjumlahan dari

medan magnet bumi dan magnet batuan dengan kerentanan magnetik yang

cukup tinggi. Besaran ini adalah total medan magnet yang terukur oleh

magnetometer apabila remanan magnetiknya dapat diabaikan.

1.3 Penyajian Data Lapangan

Hasil pengukuran oleh magnetometer umumnya disajikan dalam

bentuk Peta Anomali Magnetik dengan kontur yang mencerminkan harga

anomali yan sama. Dari peta ini, untuk kepentingan eksplorasi masih

memerlukan proses lebih lanjut untuk memperoleh daerah targetan atau

daerah prospek.


4

1.4 Interpretasi

Data intensitas medan magnet yang diukur dengan stasiun A

digunakan untuk mengoreksi nilai intensitas medan magnet pada stasiun

B. Koreksi data dilakukan secara sederhana yaitu menghitung selisih

antara nilai-nilai pada kedua stasiun pada waktu yang sama. Selain itu

perlu diperhatiakan data - data yang ekstrim. Data ekstrim ini pada

umumnya disebabkan oleh aktivitas matahari. Jika pada stasiun base tidak

terukur nilai - nilai ekstrim, maka kemungkinan besar di daerah tersebut

terdapat cebakan magnetik. Nilai ekstrim bisa mencapai 100.000 nT.

Gambar 1.1. Ilustrasi Medan Magnet Bumi dan Pengukuran Medan

Magnet Menggunakan Peralatan Magnometer

2. Metode Seismik Refraksi (Seismic Refraction)

Seismik refraksi adalah metoda geofisika eksplorasi yang

menggunakan sifat pembiasan gelombang seismik untuk mempelajari

keadaan bawah permukaan. Asumsi dasar yang digunakan menggunakan

pendekatan bahwa batas-batas perlapisan batuan merupakan bidang datar


5

dan miring, terdiri dari satu lapis atau banyak lapis, serta kecepatan

seismik bersifat seragam pada setiap lapisan.

Umumnya seismik refraksi digunakan untuk memperkirakan

kedalaman lapisan batuan yang lapuk, tetapi dapat pula digunakan untuk

mendeteksi lapisan lain di bawah zona pelapukan tersebut.

Pada eksplorasi minyak & gas bumi, penentuan kedalaman zona

pelapukan berguna untuk mengetahui kedalaman geophone pada metode

seismik refleksi.

Metode seismik refraksi banyak digunakan pada studi geologi

teknik, ekplorasi mineral, penyelidikan air tanah, pertambangan,

geodinamik, arkeologi, pertanian dan studi regional geologi lainnya.

Gambar 2.1. Sketsa gambar Metode Seismik Refraksi

2.1 Teori Dasar

2.1.1 Prinsip Gelombang

Prinsip dasar metoda seismik refraksi mengikuti prinsip fisika

tentang perambatan gelombang antara lain :

1. Prinsip Fermat : Penjalaran gelombang dari suatu titik ketitik

lainnya akan melewati lintasan dengan waktu

minimum.

2. Prinsip Huygen : Setiap titik yang dilalui muka gelombang akan

menjadi sumber gelombang baru.

3. Prinsip Snellius : Gelombang yang dibiaskan atau dipantulkan akan

memenuhi persamaan sebagai berikut (sin i/sin v


6

= V1/V2)

2.1.2 Gelombang Refraksi

Metode seismik refraksi menggunakan analisis muka gelombang

head wave untuk pendugaan sifat fisis batuan. Metoda ini memiliki

keterbatasan yaitu bahwa metode ini dapat berhasil baik bila harga cepat

rapat gelombang seismik makin besar kearah lapisan bawah, sehingga

selalu terdapat gelombang yang terbiaskan ke permukaan.

Kelemahan lainnya bahwa tebal suatu lapisan harus memenuhi

criteria tertentu supaya tidak menghasilkan Blind Zone, yang

diakibatkan oleh lapisan tipis.

Seismik refraksi dilakukan dengan menimbulkan sumber getaran di

suatu titik dan menerima getaran tersebut menggunakan serangkaian

geophone. Waktu tempuh gelombang dari setiap geophone dibaca dan

diplot dalam grafik waktu tempuh Vs jarak. Ketebalan lapisan batuan dan

harga cepat rambat gelombang didapatkan dari analisa grafik tersebut.

Interpretasi gelombang seismik refraksi tersebut dapat dilakukan

dengan bermacam-macam cara antara lain Reciprocal metods, Hagiwara,

Kakeno, dll.

3. Metode Ground Penetrating Radar (GPR) / Georadar

Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan metode geofisika

dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk

mendeteksi objek yang terkubur di dalam tanah dan mengevaluasi

kedalaman objek tersebut. GPR juga dapat digunakan untuk mengetahui

kondisi dan karakteristik permukaan bawah tanah tanpa mengebor ataupun

menggali tanah. Sistem GPR terdiri atas pengirim (transmitter), yaitu

antena yang terhubung ke sumber pulsa (generator pulsa) dengan adanya

pengaturan timing circuit, dan bagian penerima (receiver), yaitu antena

yang terhubung ke LNA dan ADC yang kemudian terhubung ke unit

pengolahan (data processing) serta display sebagai tampilan outputnya.


7

Gambar 3.1. Blok Diagram GPR

Berdasarkan blok diagram di atas, masing masing blok

mempunyai fungsi yang cukup penting dan saling ketergantungan. Hal ini

dikarenakan GPR merupakan suatu sistem mulai dari penghasilan pulsa

pada pulse generator lalu melewati blok-blok yang ada kemudian sampai

pada blok display dimana kita dapat melihat bentuk dan kedalaman objek

yang dideteksi. Namun dalam hal ini antena memegang peranan yang

sangat penting karena menentukan unjuk kerja dari sistem GPR itu sendiri.

Adapun faktor yang berpengaruh dalam menentukan tipe antena yang

digunakan, sinyal yang ditransmisikan, dan metode pengolahan sinyal

yaitu :

1. Jenis objek yang akan dideteksi

2. Kedalaman objek

3. Karakteristik elektrik medium tanah atau properti elektrik.

Dari proses pendeteksian seperti di atas, maka akan didapatkan suatu citra

dari letak dan bentuk objek yang terletak di bawah tanah atau dipermukaan

tanah. Untuk menghasilkan pendeteksian yang baik, suatu sistem GPR

harus memenuhi empat persyaratan sebagai berikut: Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 6

8

1. Kopling radiasi yang efisien ke dalam tanah

2. Penetrasi gelombang elektromagnetik yang efisien

3. Menghasilkan sinyal dengan amplitudo yang besar dari objek yang

dideteksi.

4. Bandwidth yang cukup untuk menghasilkan resolusi yang baik.

3.1 Prinsip Kerja GPR

Gambar 3.2. Sketsa Prinsip Kerja GPR

Pada dasarnya GPR bekerja dengan memanfaatkan pemantulan sinyal.

Semua sistem GPR pasti memiliki rangkaian pemancar (transmitter), yaitu

system antena yang terhubung ke sumber pulsa, dan rangkaian penerima

(receiver), yaitu sistem antena yang terhubung ke unit pengolahan sinyal.

Rangkaian pemancar akan menghasilkan pulsa listrik dengan bentuk, prf

(pulse repetition frequency), energi, dan durasi tertentu. Pulsa ini akan

dipancarkan oleh antena ke dalam tanah. Pulsa ini akan mengalami

atenuasi dan cacat sinyal lainnya selama perambatannya di tanah. Jika

tanah bersifat homogen, maka sinyal yang dipantulkan akan sangat kecil.

Jika pulsa menabrak suatu inhomogenitas di dalam tanah, maka akan ada Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 7

9

sinyal yang dipantulkan ke antena penerima. Sinyal ini kemudian diproses

oleh rangkaian penerima. Kedalaman objek dapat diketahui dengan

mengukur selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa. Dalam

selang waktu ini, pulsa akan bolak balik dari antena ke objek dan kembali

lagi ke antena. Jika selang waktu dinyatakan dalam t, dan kecepatan

propagasi gelombang elektromagnetik dalam tanah v, maka kedalaman

objek yang dinyatakan dalam h adalah

Untuk mengetahui kedalaman objek yang dideteksi, kecepatan perambatan

dari gelombang elektromagnetik haruslah diketahui. Kecepatan

perambatan tersebut tergantung kepada kecepatan cahaya di udara,

konstanta dielektrik relative medium perambatan

Ketebalan beberapa medium di dalam tanah dinyatakan dalam d , yaitu

Gambar 3.3. Sketsa Ketebalam Medium Di Dalam Tanah


10

Jika konstanta dieletrik medium semakin besar maka kecepatan

gelombang elektromagnetik yang dirambatkan akan semakin kecil. Pulse

Repetition Frequency (prf) merupakan nilai yang menyatakan seberapa

seringnya pulsa radar diradiasikan ke dalam tanah. Penentuan prf dilandasi

dengan kedalaman maksimum yang ingin dicapai. Semakin dalam objek,

maka prf juga semakin kecil karena waktu tunggu semakin lama.

Dimana t adalah selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa

dan H adalah kedalaman maksimum. Daya pulsa yang dipancarkan juga

harus disesuaikan dengan kedalaman maksimum ini. Jika H besar, maka

daya yang harus digunakan juga harus besar agar sinyal pantul tetap

terdeteksi.

3.2 Parameter Antena GPR

Peranan antena dalam aplikasi GPR sangat penting dalam menentukan

performansi sistem. Pada prinsipnya, kriteria umum untuk sistem antena

impuls GPR harus mempertimbangkan kopling yang baik antara antena

dengan tanah. Antena GPR biasanya beroperasi dekat dengan tanah

(permukaan tanah) maka harus dapat mengirimkan medan elektromagnetik

melalui interface antena-tanah secara efektif. Akan tetapi, ketika

antena di letakan dekat dengan tanah, interaksi antena-tanah akan

berpengaruh besar terhadap impedansi input antena, bergantung jenis

tanah dan elevasi antenanya [Turner,1993]. Karena property elektrik tanah

sangat dipengaruhi oleh kondisi cuaca, dalam survey GPR biasanya sangat

sulit untuk menjaga kestabilan impedansi input karena jenis tanah yang

benar-benar berbeda untuk setiap tempat dan kondisi cuaca yang berbeda.

Ini mengakibatkan sulitnya mempertahankan kondisi match, antara antena

dan feed line untuk memperkecil mismatch loss.


11

Pemilihan jenis antena GPR yang dipakai didasarkan juga pada objek apa

yang akan dideteksi. Apabila target objek mempunyai objek yang panjang

maka sebaiknya menggunakan antena yang dengan footprint yang lebih

panjang. Footprint antena adalah pengumpulan nilai tertinggi dari bentuk

gelombang yang dipancarkan oleh antena pada bidang horizontal di dalam

tanah atau permukaan tanah di bawah antena.

Ukuran footprint antena menentukan resolusi cakupan melintang dari

sistem GPR. Secara umum, unjuk kerja optimal GPR dimana footprint

antenna harus dapat diperbandingkan dengan penampang melintang

horizontal dari target. Berdasarkan keterangan di atas, antena untuk

aplikasi GPR harus memperhatikan beberapa hal yaitu :

Late time ringing

Antena GPR harus mampu meminimalkan late time ringing yang

disebabkan oleh refleksi internal terhadap bendabenda (clutter) disekitar

target yang mengakibatkan efek masking terhadap objek yang dideteksi.

Ada berbagai cara untuk mengurangi late time ringing khususnya dari

penggunaan antena dipole yaitu dengan penggunaan lumped resistor. Hal

ini sesuai dengan metode Wu King. Namun, penggunaan metode ini sesuai

untuk antena dipole yang dibuat pada PCB ( Printed Circuit Board ).

Untuk antena wire dipole, hal ini bisa diatasi dengan meletakkan antena

tepat di atas permukaan tanah karena sifat lossy dielektrik tanah tersebut

mampu meredam sifat ringging dari antena wire dipole, sehingga sinyal

tersebut dapat dianalisa dengan cukup akurat.


12

Gambar 3.4. Late Time Ringing

Cross-Coupling

Pada konfigurasi antena yang terpisah, tentunya akan menimbulkan

crosscoupling. Cross-coupling merupakan sinyal yang dikirimkan secara

langsung oleh antena pengirim ke penerima.

Gambar 3.5. Cross-Coupling

Untuk memaksimalkan pada target yang dideteksi maka antara antena

pengirim dan penerima harus dipisahkan dengan jarak berdasrkan rumus

berikut ini:


13

Keterangan :

S = Jarak antar antenna pemancar dengan penerima

K = Konstanta propagasi (r )

Depth = kedalaman penetrasi antenna

Jarak Antena dengan Tanah

Keterangan :

udara = Impedansi karakteristik di udara ()

m = Impedansi karakteristik pada medium dengan nilai r tertentu ()

r = Permeabilitas bahan (H/m)


14

r = Permitivitas bahan (F/m)

L = Jarak antara dua medium yang terpisahkan oleh radome

3.3 Antenna Orientations

Pemilihan garis lokasi dan orientasi survey GPR harus diatur agar

pendeteksian objek dapat maksimal. Setelah garis dan arah pendeteksian

sudah ditentukan, maka penyusunan antena harus sesuai. Adapun tipe

tipe penyusunan antena dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.6. Sketsa Orientasi Antena


15

Keterangan :

PL = Parallel

PR = Perpendicular

BD = Broadside

EF = Endfire

XPOL = Crosss polarization

= Line direction


16

DAFTAR PUSTAKA

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

http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2012/10/09/teknik-geofisika-eksplorasi-

494180.html

http://ahsan-geophysicist.blogspot.com/2013/03/seismik-refraksi.html

http://digilib.ittelkom.ac.id/index.php?view=article&catid=11%3Asistem-

komunikasi&id=390%3Aground-penetrating-radar-

gpr&tmpl=component&print=1&page=&option=com_content&Itemid=14


tugas uas geofiska eksplorasi _komang wahyu krisna brata

Documents