Upload
komang-wahyu-krisna-brata
View
64
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
good
Citation preview
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.
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 2
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
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 3
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
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 4
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.
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 5
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
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 8
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.
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 9
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.
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 10
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:
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 11
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)
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 12
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
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 13
15
Keterangan :
PL = Parallel
PR = Perpendicular
BD = Broadside
EF = Endfire
XPOL = Crosss polarization
= Line direction
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 14
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
Komang Wahyu Krisna Brata Tugas Uas Geofisika Eksplorasi Page 15