GEOFISIKA

Geofisika adalah bagian dari ilmu bumi yang mempelajari bumi menggunakan kaidah atau

prinsip-prinsipfisika. Di dalamnya termasuk juga meteorologi, elektrisitas atmosferis dan fisika ionosfer.

Penelitian geofisika untuk mengetahui kondisi di bawah permukaan bumi melibatkan pengukuran di atas

permukaan bumi dari parameter-parameter fisika yang dimiliki oleh batuan di dalam bumi. Dari

pengukuran ini dapat ditafsirkan bagaimana sifat-sifat dan kondisi di bawah permukaan bumi baik itu

secara vertikal maupun horisontal.

Bumi sebagai tempat tinggal manusia secara alami menyediakan sumber daya alam yang

berlimpah. Kekayaan sumber daya alam Indonesia sangat melimpah, sehingga kita sebagai generasi

penerus bangsa harus berupaya untuk dapat memanfaatkan sumber daya yang ada tersebut untuk

kesejahteraan bangsa. Keterbatasan ilmu untuk mengolah sumberdaya alam tersebut memang menjadi

kendala bagi kita untukmelakukan eksplorasi terhadap kekayaan alam yang kita miliki tersebut. Sehingga

kita merasa perlu untuk mempelajari cara atau metode untuk mengungkap suatu informasi yang terdapat

di dalam perut bumi. Salah satu cara atau metode untuk memperoleh informasi tersebut adalah dengan

menggunakan metode survei geofisika. Survei geofisika yang sering dilakukan selama ini antara lain

1.  Metode Geolistrik

2.  Metode Seismik

3.  Metode GPR

4.  Metode Gravity

5.  Metode 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 / I

Dalam 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 Wenner

2. Metoda Gradien

3. Metoda Schlumberger

4. Metoda Dipole-dipole

5. Metoda Pole-dipole

Teknik akusisi data resistivity :- Peralatan yang dibutuhkan :1. Sepasang elektroda arus dan elektroda potensial2. 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 dipakai2. Pasang elektroda sesuai dengan konfigurasi yang dipilih3. Ukur besar resistivity semunya4. 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 umum5. Plot pada kurva bi-log antara jarak AB/2 vs resistivity semu yang didapat

Setiap metode mempunyai Keunggulan dan Kekurangan , keunggulan dan kekurangan metode geolistrik

adalah sebagai berikut

Tabel Kelebihan dan Kekurangan Metode Geolistrik dengan Metode Geofisika lainya Kelebihan                       Kekurangan      

Harga peralatan murah Tidak efektif untuk pemakaian di kawasan karst

Biaya survei relatif murahUntuk mendeteksi air tidak bisa diketahui berapa jumlah volume pasti air tersebut

Peralatan relatif kecil dan ringan Tidak bisa membedakan air mengalir dan yang statis

Waktu yang dibutuhkan relatif cepat, bisa mendapatkan 4 titik dalam sehari

Tidak bisa menjangkau wilayah yang dalam karena jankauannya berkisar 1000-1500 kaki dibawah permukaan bum

2. Metode Seismik 

Metode seismik merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam

metode geofisika aktif, dimana pengukuran dilakukan dengan menggunakan ‘sumber’ seismik (palu,

ledakan,dll). Setelah usikan diberikan, terjadi gerakan gelombang di dalam medium (tanah/batuan) yang

memenuhi hukum-hukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pemantulan ataupun pembiasan

akibat munculnya perbedaan kecepatan. Kemudian, pada suatu jarak tertentu, gerakan partikel tersebut

di rekam sebagai fungsi waktu. Berdasar data rekaman inilah dapat ‘diperkirakan’ bentuk lapisan/struktur

di dalam tanah.

Eksperimen seismik aktif pertama kali dilakukan padatahun 1845 oleh Robert Mallet, yang oleh

kebanyakan orang dikenal sebagai bapak seismologi instrumentasi. Mallet mengukur waktu transmisi

gelombang seismik,yang dikenal sebagai gelombang permukaan, yang dibangkitkan oleh sebuah

ledakan. Mallet meletakkan sebuah wadah kecil berisi merkuri pada beberapa jarak dari sumber ledakan

dan mencatat waktu yang diperlukan oleh merkuri untuk be-riak. Pada tahun 1909, Andrija Mohorovicic

menggunakan waktu jalar dari sumber gempa bumi untuk eksperimennya dan menemukan keberadaan

bidang batas antara mantel dan kerak bumi yang sekarang disebut sebagai Moho.

Hukum Fisika Gelombang Seismik

Gelombang seismik mempunyai kelakuan yang sama dengan kelakuan gelombang cahaya, sehingga

hukum-hukum yang berlaku untuk gelombang cahaya berlaku juga untuk gelombang seismik. Hukum-

hukum tersebut antara lain:

1. Huygens mengatakan bahwa gelombang menyebar dari sebuah titik sumber gelombang ke

segala arah dengan bentuk bola.

2. Hukum snellius menyatakan bahwa bila suatu gelombang jatuh diatas bidang batas dua medium

yang mempunyai perbedaan densitas, maka gelombang tersebut akan dibiaskan jika sudut

datang gelombang lebih kecil atau sama dengan sudut kritisnya. Gelombang akan dipantulkan

jika sudut datangnya lebih besar dari sudut kritisnya. Gelombang datang, gelombang bias,

gelombang pantul terletak pada suatu bidang datar.Di dalam eksplorasi seismik dikenal 2 macam metode, yaitu:

A. Metode seismik bias (refraksi)

Seismik refraksi dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada tanah/batuan dari posisi sumber ke

penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah gangguan

pertama (first break) diabaikan,sehingga sebenarnya hanya data first break saja yang dibutuhkan.

Parameter jarak (offset) dan waktu jalar dihubungkan oleh cepat rambat gelombang dalam medium.

Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal

sebagaiparameter elastisitas batuan.B. Metode seismik pantul (refleksi)

Sedangkan dalam seismik refleksi, analisis dikonsentrasikan pada energi yang diterima setelah getaran

awal diterapkan. Secara umum, sinyal yang dicari adalah gelombang-gelombang yang terpantulkan dari

semua interface antar lapisan di bawah permukaan. Analisis yang dipergunakan dapat disamakan

dengan ‘echo sounding’ pada teknologi bawah air, kapal, dan sistem radar. Informasi tentang medium

juga dapat diekstrak dari bentuk dan amplitudo gelombang refleksi yang direkam.Struktur bawah

permukaan dapat cukup kompleks, tetapi analisis yang dilakukan masih sama dengan seismik refraksi,

yaitu analisis berdasar kontras parameter elastisitas medium.

Tabel Kelebihan dan Kekurangan Metode Seismik dengan Metode Geofisika lainyaKelebihan                       Kekurangan      

Dapat mendeteksi variasi baik lateral maupun kedalaman dalam parameter fisis yang relevan, yaitu kecepatan seismik.

Banyaknya data yang dikumpulkan dalam sebuah survei akan sangat besar jika diinginkan data yang baik

Dapat menghasilkan citra kenampakan struktur di bawah permukaan

Perolehan data sangat mahal baik akuisisi dan logistik dibandingkan dengan metode geofisika lainnya.

Dapat dipergunakan untuk membatasi kenampakan stratigrafi dan beberapa kenampakan pengendapan.

Reduksi dan prosesing membutuhkan banyak waktu, membutuhkan komputer mahal dan ahli-ahli yang banyak.

Respon pada penjalaran gelombang seismik bergantung dari densitas batuan dan konstanta elastisitas lainnya. Sehingga, setiap perubahan konstanta tersebut (porositas, permeabilitas, kompaksi, dll) pada prinsipnya dapat diketahui dari metode seismik.

Peralatan yang diperlukan dalam akuisisi umumnya lebih mahal dari metode geofisika lainnya.

Memungkinkan untuk deteksi langsung terhadap keberadaan hidrokarbon

Deteksi langsung terhadap kontaminan, misalnya pembuangan limbah, tidak dapat dilakukan.

Perbandingan Seismik Refraksi – Seismik RefleksiMetode Seismik Refraksi (Bias) Metode Seismik Refleksi (Pantul)

                      Keunggulan KelemahanPengamatan refraksi membutuhkan lokasi sumber dan penerima yang kecil, sehingga relatif murah dalam pengambilan datanya

Karena lokasi sumber dan penerima yang cukup lebar untuk memberikan citra bawah permukaan yang lebih baik, maka biaya akuisisi menjadi lebih mahal.

Prosesing refraksi relatif simpel dilakukan kecuali proses filtering untuk memperkuat sinyal first berak yang dibaca.

Prosesing seismik refleksi memerluakn komputer yang lebih mahal, dan sistem data base yang jauh lebih handal.

Karena pengambilan data dan lokasi yang cukup kecil, maka pengembangan model untuk interpretasi tidak terlalu sulit dilakukan seperti metode geofisika lainnya

Karena banyaknya data yang direkam, pengetahuan terhadap database harus kuat, diperlukan juga beberapa asumsi tentang model yang kompleks dan interpretasi membutuhkan personal yang cukup ahli.

Kelemahan KeunggulanDalam pengukuran yang regional , Seismik refraksi membutuhkan offset yang lebih lebar.

Pengukuran seismik pantul menggunakan offset yang lebih kecil

Seismik bias hanya bekerja jika kecepatan gelombang meningkat sebagai fungsi kedalaman.

Seismik pantul dapat bekerja bagaimanapun perubahan kecepatan sebagai fungsi kedalaman

Seismik bias biasanya diinterpretasikan dalam bentuk lapisan-lapisan. Masing-masing lapisan memiliki dip dan topografi

Seismik pantul lebih mampu melihat struktur yang lebih kompleks

Seismik bias hanya menggunakan waktu tiba sebagai fungsi jarak (offset)

Seismik pantul merekan dan menggunakan semua medan gelombang yang terekam.

Model yang dibuat didesain untuk menghasilkan waktu jalar teramati.

Bawah permukaan dapat tergambar secara langsung dari data terukur

3. Metode GPR (Ground 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 Dasar

GPR 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)? = 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 (?) 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

?1 dan ?2 = 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 refleksiA(t) = amplitudo rekaman georadarF(t) = impulse radarn(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

(?) 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.

Tabel Kelebihan dan Kekurangan Metode GPR dengan Metode Geofisika lainya Kelebihan                       Kekurangan      

Biaya operasional lebih murahtidak bisa melakukan penetrasi / deteksi sedalam gelombang bunyi.

resolusi yang sangat tinggi karena menggunakan frekuensi tinggi (broadband atau wideband)

Kemampuan radar hanya puluhan meter (kurang lebi 100 meter)

Pengoperasian yang cukup mudah Antena GPR umum hanya untuk durasi pulsa tertentumerupakan metoda non destructive sehingga aman digunakan.

4. Metode GravityMetode 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.