GEOFISIKA
Geofisika adalah bagian dari ilmu bumi yang mempelajari bumi menggunakan kaidah atau prinsip-prinsip fisika.
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
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.R
Dimana
R (Resistansi) sebanding dengan panjang medium yang dialiri (x), dan
berbanding terbalik dengan 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 peletakan eloktroda yang dilakukan. Hal ini berpengaruh terhadap
faktor geometri peneletian resistivity yang kita lakukan. Adapun
aturan/metoda tersebut antara lain :
- Metoda Wenner
- Metoda Gradien
- Metoda Schlumberger
- Metoda Dipole-dipole
- Metoda Pole-dipole
- 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 secara lateral
- 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 tiap pengukuran, 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
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 murah
|
Untuk 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:
- Huygens mengatakan bahwa gelombang menyebar dari sebuah titik sumber gelombang ke segala arah dengan bentuk bola.
- 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.
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 lainya
Kelebihan
| 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 Refleksi
Metode Seismik Refraksi (Bias)
|
Metode Seismik Refleksi (Pantul)
|
| Keunggulan |
Kelemahan
|
Pengamatan 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
|
Keunggulan
|
Dalam 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
|
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 1
V2 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 2 , dan V1 < V2
?1 dan ?2 = konstanta dielektrik relatif lapisan 1 dan lapisan 2
Dalam 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 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 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 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.
|
Metode 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 lapangan
Pengambilan 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 Magnetik
Survey 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.
Source : HRD
Editor : Ahmad Zaman Huri
