BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

GPR merupakan metode yang memiliki spesialisasi untuk eksplorasi dangkal

(nearsurface geophysics) dengan ketelitian yang amat tinggi sehingga mampu mendeteksi

bendasarkan bawah permukaan tanah. GPR juga dapat digunakan untuk mendeteksi benda

non-metalik (pipaplastik, mayat, bahkanlubang/ruangkosong) dengan syarat bahwa benda

tersebut memiliki sifat listrik yang berbeda dengan benda sekitarnya (host material).

Metode GPR berbeda dengan metode seismik yang menggunakan sumber

gelombang mekanik (getaran medium) seperti pukulan palu, ledakan mercon, dan bom, GPR

merupakan salah satu metode geofisika yang tidak merusak. Kelebihan lainnya adalah biaya

operasionalnya yang redah, prosedur pengerjaan mudah, dan ketelitian yang tinggi.

Sayangnya, daya tembusnya hanya puluhan meter.

GPR bekerja dalam daerah radar, yaitu yang berfrekuensi di atas 10 Hz atau yang

bersesuaian dengan panjang gelombang lebih kecil dari 30 m. Karena panjang gelombang itu

mencerminkan ukuran minimum benda yang dapat terdeteksi, maka semakin tinggi frekuensi,

yang artinya semakin pendek panjang gelombang, sehingga makin kecil ukuran benda yang

dapat terdeteksi. Makin tinggi pula ketelitiannya. Hasil pencitraan GPR dapat memunculkan

informasi tentang ketebalan lapisan benda misalnya emas yang dikandung oleh suatu daerah.

Dengan adanya georadar ini, akan memudahkan kita untuk mendeteksi barang-

barang nineral, tanpa harus merusak lingkungan dan pengoperasiaanya pun tidak

membutuhkan biaya dan waktu yang banyak.

1.2. Identifikasi Masalah

Dalam penerapan ilmu geofisika di lapangan, banyak metode yang dapat

digunakan untuk proses eksplorasi sumber daya alam. Salah satunya adalah metode GPR.

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, metode ini memiliki banyak keuntungan

diantaranya kemudahan dalam penggunaannya di lapangan serta tidak membutuhkan biaya

dan waktu yang banyak. Namun, hingga saat ini metode ini masih kurang diminati oleh para

calon ahli geofisika muda karena belum dipahaminya metode GPR. Perlu adanya pengenalan

lebih lanjut mengenai metode GPR serta pemahaman yang intensif meliputi konsep dasar,

akuisisi, prosessing, dan interpretasi data pada metode GPR.

1

1.3. Perumusan Masalah

1.3.1. Bagaimana konsep dasar, akuisisi, prosessing, dan interpretasi data pada

metode GPR?

1.3.2. Mengapa menggunakan metode GPR sebagai salah satu metode pada

geofisika?

1.3.3. Bagaimana aplikasi metode GPR?

1.4. Tujuan Penulisan

1.4.1. Memahami konsep dasar, akuisisi, prosessing, dan interpretasi data hasil pada

metode GPR

1.4.2. Mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan metode GPR

1.4.3. Menerapkan metode GPR pada studi kasus permasalahan geofisika

2

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Konsep Dasar

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.

Secara umum metoda GPR adalah metoda yang memanfaatkan gelombang

elektromagnetik ( geolombang radio) berfrekuensi tinggi dalam mengidentifikasi kondisi di

bawah permukaan ( sub-surface ). Prinsip dasar dari skema kerja metoda GPR ini yakni

dengan jalan memancarkan gelombang radio berfrekuensi tinggi ke bawah permukaan

melalui pemancar (transmitter). Dimana hasil penjalaran gelombang ini akan dipantulkan

kembali ke permukaan dan selanjutnya diterima oleh antena penerima (receiver), dan hasil

dari penerima kemudian ditampilkan dalam sebuah diagram ( radargram ) yang langsung

dapat tersajikan dalam bentuk visualisasi 2 Dimensi pada monitor penerima ( Display ).

Gambar 2.1.1. Skema

Sistem Kerja Georadar/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

3

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 sinyal yang dipantulkan ke antena penerima. Sinyal ini kemudian diproses

oleh rangkaian penerima. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 2.1.2. prinsip kerja GPR

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 :

4

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.

Parameter Antena GPRPeranan 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.

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

5

mengakibatkan sulitnya mempertahankan kondisi match, antara antena dan feed line untuk

memperkecil mismatch loss. 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 benda–benda (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.

• Cross-CouplingPada konfigurasi antena yang terpisah, tentunya akan menimbulkan

crosscoupling. Cross-coupling merupakan sinyal yang dikirimkan secara langsung oleh

antena pengirim ke penerima.

6

Untuk memaksimalkan pada target yang dideteksi maka antara antena pengirim

dan penerima harus dipisahkan dengan jarak berdasrkan rumus berikut ini:

Keterangan :

S = Jarak antar antenna pemancar dengan penerima

K = Konstanta propagasi (εr )

Depth = kedalaman penetrasi antenna

• Jarak Antena dengan Tanah

7

Keterangan :

ηudara = Impedansi karakteristik di udara (Ω)

ηm = Impedansi karakteristik pada medium dengan nilai εr tertentu (Ω)

µr = Permeabilitas bahan (H/m)

εr = Permitivitas bahan (F/m)

L = Jarak antara dua medium yang terpisahkan oleh radome

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

Keterangan :

PL = Parallel

PR = Perpendicular

BD = Broadside

EF = Endfire

XPOL = Crosss polarization

8

à= Line direction

2.2. Akuisisi Data GPR

Ada beberapa metode berbeda untuk memperoleh data GPR, salah satu yang

paling umum digunakan adalah mendorong suatu unit GPR sepanjang lintasan yang akan

disuervei

Ketika unit GPR bergerak di sepanjang garis survei, pulsa energi dipancarkan dari antena

pemancar dan pantulannya diterima oleh antena penerima. Antena penerima mengirimkan

sinyal ke Recorder. Komponen utama untuk di pertimbangkan dalam memperoleh data GPR

jenis transmisi dan antena penerima yang menggunakan cakupan frekuensi yang tersedia

untuk pulsa elektromagnetik.

Pada dasarnya pengambilan data dengan menggunakan metode 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

Modus operasi yang paling umum dari GPR adalah modus refleksi, dimana jejak

gelombang kembali dikumpulkan baik terus menerus atau dalam stasiun sepanjang garis,

sehingga menciptakan waktu penampang atau foto profil dari bawah permukaan. Berikut ini

merupakan akuisisi data GPR dengan menggunakan antena 200MHz dan 400MHz.

9

Data GPR ditampilkan pada kertas printer atau pada layar komputer pada saat akuisisi

(yaitu, selama real time). Untuk transek diberikan data terdiri dari bagian-lintas sinyal

amplitudo (intenities) dibandingkan lokasi (sepanjang dua arah sumbu waktu dan sumbu

horizontal). Sebelum survei di lapangan dimulai, antena kalibrasi dilakukan pada "tempat

kalibrasi". Tujuan kalibrasi adalah untuk mendapatkan yang terbaik parameter dasar pada

pengaturan gelogical dan kondisi lokal. Berikut ini merupakan magnetic/logam anomali

bagus (kalibrasi di lapangan) menggunakan antena 400MHz. Logam silinder 30 cm dan

diameter 5 cm mendalam dengan tinggi 15 cm.

.

10

Berikut ini merupakan kalibrasi magnetik / model logam untuk antena 200MHz dan 400MHz

2.3. Prosessing Data GPR

Pada pemrosesan data GPR, data yang pertama didapatkan dari lapangan adalah raw

data yang didapatkan dari alat perekaman pada GPR. Kemudian data ini dapat dilakukan

pengolahan menggunakan software seperti (ReflexW, GPRSoft, Prism).

11

(gambar tampilan awal data GPR sebelum prosesing)

Setelah itu maka akan dilakukan prosesing dengan urutan sebagai berikut :

a. Dilakukan Gain

Gain merupakan langkah yang digunakan untuk memperkuat sinyal. Hal ini

disebabkan karena gelombang elektromagnetik yang memancar akan dipengaruhi oleh

beberapa hal sehingga menyebabkan sinyal yang didapatkan menjadi melemah.

(gambar penguatan sinyal di GPRsoft)

b. DC Removal

Oleh karena adanya sinyal-sinyal lemah maka hal pertama yang dapat dilakukan

untuk mengurangi atau bahkan menghilangkan efek dari sinyal ber-frekuensi rendah

12

pada radargram tersebut adalah melakukan processing DC Removal. DC Removal

mempunyai fungsi untuk mengembalikan sinyal ke posisi yang seharusnya yaitu di

titik tengah (dan bukannya melenceng ke bawah ataupun ke atas), sehingga sinyal

akan berbentuk sinusoidal secara sempuna.

(gambar gain setelah dilakukan DC removing)

c. Dewow

Untuk mengatasi masalah selanjutnya, maka langkah selanjutnya adalah melakukan

dewow. Dewow merupakan langkah proseing yang dilakukan untuk menghilangkan

frekuensi yang sangat rendah yang terekam dalam radargram.

(gambar gain seletah dilakukan dewow)

d. Filters

Tujuan dilakukan langkah ini adalah menghilangkan frekuensi-frekuensi sinyal yang

tidak diinginkan.

13

(gambar radargram dan gain)

(gambar radargram setelah dilakukan gain)

e. Background removing

Langkah ini dilakukan untuk menghilangkan gangguan arah mendatar.

14

(gambar setelah dilakukan Background removing)

f. Palette

Langkah ini dilakukan untuk memperkuat kontras pada radargram sehingga akan

tampak lebih jelas.

(gambar setelah dilakukan palette)

15

2.4. Interpretasi Data GPR

Hasil pengukuran dilapangan biasanya hanya menampilkan data direct wave dan juga

air wave. Untuk mendapatkan respon data dibawahnya digunakan filter dan gain sehingga

data yang lebih dalam bisa terlihat jelas. Pemilihan band frekuensi sangat menentukan apakah

data bisa d filter atau tidak, terlalu tinggi akan menghilangkan data, terlalu rendah maka noise

yang ada tidak hilang. Analisi frekuensi sangat membantu kita untuk membuat band

frekuensi yang kita gunakan.

gambar interpretasi data GPR

Interpretasi data GPR sebenarnya mirip dengan interpretasi data seismik yaitu

pendekatan di strength reflectivity, perbedaan reflektivitas itu yang menjadi acuan untuk

menentukan batas lapisan yang satu dengan yang lainya.

Pengukuran GPR untuk model 3D harus disesuaikan dengan design lintasan yang

akan kita buat, ini membantu untuk kemudahan disaat menampilkan data 2D kedalam 3D

view. Tampilan 3D sangat membantu dalam interppretasi kemenerusan, baik itu lateral

maupun vertikal.

16

gambar raw data GPR

Hasil interpretasi dari data 2D di plot di 3D view sehingga didapatkan view dari data

2D menjadi data 3D. Kemenerusan reflektor terlihat lebih jelas untuk dilihat kesemua arah

sehingga pola interpretasi kita semakin gamblang, dan orang awam pun akan lebih mudah

melihat dan mengerti lapisan-lapisanya.

gambar 3D view data GPR

Dari data slice reflektor data 2D, kita akan dapatkan database yang merupakan data

17

2D, dari data slice tersebut kita lakukan gridding untuk mendapatkan data surface sehingga

terlihat konfigurasi reflektor-reflektornya,kita juga bisa membuat layering berdasarkan

lapisan yang sudah kita buat di data 2D.

gambar slicing horizone dari data 2D

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.

18

2.5. Kelebihan dan kekurangan Metode GPR

Tabel Kelebihan dan Kekurangan Metode GPR dengan Metode Geofisika lainya

Kelebihan Kekurangan Biaya operasional lebih murah tidak 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 tertentu

merupakan metoda non destructive sehingga aman digunakan.

Bila ditinjau dari segi keilmuan, metoda GPR ( Ground Penetration Radar ) atau

sering juga dikenal sebagai metoda Georadar adalah suatu metoda dalam bidang ilmu

geofisika, yang sering kali digunakan sebagai salah satu sarana pendukung dalam kegiatan

eksplorasi geologi dalam menidentifikasi lapisan bawah permukaan ( sub-surface ) untuk

kedalaman tertentu ( dangkal ).

Kemampuan yang dimiliki oleh metoda ini merupakan salah satu alasan yang

sering kali dipakai oleh seorang geologis dalam kerangka kerja lapangannya. Selain efektiv

dengan segala kemudahan yang dimilikinya metoda ini juga mampu mengoptimalisasikan

kondisi anggaran survei bila dibandingkan metoda bawah permukaan ( sub-surface ) lainnya

dalam hal ini pemboran.

Selain dibutuhkan anggaran yang tidak sedikit, kegiatan pemboran juga

membutuhkan waktu yang cukup panjang dalam menentukan batas-batas sebaran lateralisasi

dari batas lingkungan pengendapan di wilayah potesial yang ada. Dengan kemampuannya

mengidentifikasikan batasan antar medium ( Lapisan ) yang kompak (rigid) dan tidak

kompak (urigid), metoda GPR ( Ground Penetration Radar ) tidak membutuhkan waktu yang

relativ panjang sehingga dapat memberikan gambaran serta informasi secara cepat bagi

kepentingan survei selanjutnya ( Pemboran Geologi lanjut).

Sehingga, Kelebihan metode GPR yakni biaya operasional lebih murah,

resolusinya yang sangat tinggi karena menggunakan frekuensi tinggi (broadband atau

wideband), Pengoperasian yang cukup mudah, selain itu metode GPR merupakan metoda

non destructive sehingga aman digunakan.

19

Keterbatasan dan kekurangan dari metode GPR yaitu Antena GPR umum hanya

untuk durasi pulsa tertentu, Kemampuan radar hanya puluhan meter (kurang lebih 100

meter), serta metode GPR tidak dapat melakukan penetrasi / deteksi sedalam gelombang

bunyi.

2.6. Studi Kasus Aplikasi Metode GPR

Eksplorasi batubara sering kali menghadapi kendala ketika daerah survey tidak

mempunya data tambahan(geologi) seperti outcrop,data bor,data logging sehingga

dibutuhkan metode lain yang bisa membantu tahapan eksplorasi batubara tersebut. Untuk

pengeboran sendiri dibilang tidak mudah dalam hal perijinan terutama dengan warga sekitar

karena selain ada kekhwatiran dari lahan yang akan dilakukan pengeboran juga banyak warga

yang berfikir tentang pemanfaatan sumberdaya yang ada. Data logging akan sangat

bergantung pada data pengeboran karena prinsipnya harus melalui lubang bor. Ada beberapa

metode geofisika yang bisa membantu eksplorasi batubara ketika eksplorasi pengeboran tidak

bisa dilakukan, seperti geolistrik, IP, georadar, seismik yang membantu secara vertikal dan

metode magnetik yang membantu secara lateral, tetapi tidak semua metode berkorelasi baik

antara hasil pengukuran dengan nilai propertis dari batubara tersebut. Georadar sendiri bisa

membantu identifikasi batubara dengan beberapa pendekatan, seperti spectrum, kekuatan

reflektor berupa amplitudonya, dan pola amplitudonya. Kalibrasi data di tempat yang akan

dilakukan pengukuran sangat membantu begitu juga interpretasi yang akan kita lakukan.

Gambar 1. Data GPR 1

20

Gambar 2. Analisa spectrum dari data statik di titik pengukuran

Gambar 3. Analisa spectrum dan model geologi

21

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

3.2. Saran

22

DAFTAR PUSTAKA

Blakely, R. J. 1995. Aplication of Geophysical. New York : Cambridge University Press

Burger, H. 1992. Exploration Geophysics of the Shallow Subsurface. New Jersey : Prentice Hall

Jacobs, J. A. 2004. Physics and Geology. New York : Mc Graw Hill Book Company

Kirbani, SB. 2001. Teori dan Aplikasi Metode Geofisika. Yogyakarta : UGM

Munadi, Suprajitno. 2001. Instrumentasi Geofisika. Jakarta : Universitas Indonesia

Santoko, Djoko. 2002. Pengantar Geofisika. Bandung : Penerbit ITB

23