Metode-metode geofisika

Metode-metode geofisika

            Secara umum, metode geofisika dibagi menjadi dua kategori yaitu metode pasif dan aktif. Metode pasif dilakukan dengan mengukur medan alami yang dipancarkan oleh bumi. Metode aktif dilakukan dengan membuat medan gangguan kemudian mengukur respons yang dilakukan oleh bumi. Medan alami yang dimaksud disini misalnya radiasi gelombang gempa bumi, medan gravitasi bumi, medan magnetik bumi, medan listrik dan elektromagnetik bumi serta radiasi radioaktifitas bumi. Medan buatan dapat berupa ledakan dinamit, pemberian arus listrik ke dalam tanah, pengiriman sinyal radar dan lain sebagainya.
Secara praktis, metode yang umum digunakan di dalam geofisika tampak seperti tabel di bawah ini:

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 :

Œ  Self potensial (SP) –> Metode ini memanfaatkan potensial listrik yang terdapat di alam.

Œ   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 ρ_app (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 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 bumi

2.      Metode Seismik

            Metode seismik digunakan untuk membaca gelombang elastik yang dihasilkan oleh getaran yang merambat dalam suatu medium di bawah permukaan bumi, dimana sumber getar tersebut dapat dihasilkan dari alam atau buatan. Sumber getaran yang dihasilkan dari alam merupakan hasil dari perubahan di bawah permukaan bumi (gempa bumi) yang berasal dari aktivitas vulkanik, aktivitas runtuhan tanah, dan aktivitas tektonik, menghasilkan gelombang seismik yang merambat dalam medium tersebut dan dicatat oleh peralatan di permukaan bumi. Peralatan seismik ini digunakan untuk memantau aktivitas-aktivitas perubahan di bawah permukaan bumi.

Pada dasarnya dalam metoda ini diberikan suatu gangguan berupa gelombang seismic pada suatu sistem dan kemudian gejala fisisnya diamati dengan menangkap gejala tersebut melalui receiver (geophone). Hal tersebut akan menghasilkan gambaran tentang kecepatan dan kedalaman lapisan berdasarkan pengukuran waktu tempuh gelombang antara sumber getaran (shot) dan geophone. Adapun waktu yang diperlukan oleh gelombang seismic untuk merambat pada lapisan batuan bergantung besar kecepatan yang dimiliki oleh medium yang dilaluinya tersebut.

Dalam peneletian yang dilakukan di daerah Seling ini metoda seismic refraksi digunakan untuk mengetahui jumlah lapisan yang ada pada daerah tersebut dan diketahui pula nilai densitas dari setiap lapisan sehingga kita dapat memperkirakan karakteristik batuan yang sesuai dengan densitas batuan yang diketahui. Dengan mengetahui jenis batuan yang diperkirakan dari lapisan tersebut kita bisa menduga batuan di lapisan mana yang berkemungkinan menjadi bidang lincir yang menyebabkan pergerakan tanah di daerah Seling tersebut.

Teori Dasar

Dalam penjalaran gelombang seismic yang terjadi di bumi mengikuti beberapa prinsip fisika perambatan gelombang pada suatu medium yaitu :

1. Prinsip Huygen

Suatu gelombang yang melewati suatu titik akan membuat titik tersebut menjadi sumber gelombang baru dan akan begitu seterusnya.

1. Prinsip Fermat

Dalam penjalaran gelombang dari satu titik ke titik selanjunya yang melewati suatu medium tertentu akan mencari suatu lintasan dengan waktu tempuh yang paling sedikit.

1. Prinsip Snellius

Gelombang yang merambat dan melalui medium yang berbeda akan mengalami pembiasan maupun pemantulan. Adapun dalam pembiasan maupun pemantulannya akan mengikuti persamaan berikut :

Sedangkan untuk sudut kritis (q₂ = 90⁰) maka persamaannya akan berubah menjadi :

dikarenakan sin 90⁰ = 1

Dalam penjalaran gelombang seismic gelombang yang datang pertama kali adalah gelombang langsung (jaraknya paling kecil) setelah itu adalah gelombang bias dan yang paling terakhir ditangkapa adalah gelombang pantul (refleksi).Selain prinsip utama penjalaran gelombang sebagaimana dijelaskan sebelumnya dalam metoda refraksi dikenal pula prisip Hagiwara. Metoda Hagiwara ini digunakan untuk menentukan kedalaman suatu lapisan dari daerah yang kita survey yaitu daerah Seling. Ketika digunakan metoda Hagiwara sebagai metoda intrepetasi maka diperlukan suatu pasngan kurva travel time bolak-balik (reciprocal travel time curve) yang direfraksikan dari suatu lapisan pada kedalaman lapisan yang diselidiki.

Akuisisi data

Dalam pengambilan data seismic refraksi agar menghasilkan kualitas data yang bagus dan mengandung bentuk first break yang tajam dapat dilakukan beberapa cara antara lain : stacking, memperbesar kekuatan shoting, dan filtering. Dalam pengambilan data yang menggunakan dinamit sebagai sumber getaran maka perlu diperhatikan tempat yang tepat sehingga energy dinamit dapat terkonversi menjedi energy seismic secara efektif.

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.

3.      Metode GPR (Groun 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

Metode GPR (Ground Penetrating Radar) ini menggunakan gelombang elektromagnet, dimana pulsa elektromagnet tersebut dipancarkan ke bawah permukaan, kemudian pulsa tersebut diteruskan, dipantulkan, dan dihamburkan oleh lapisan di bawah permukaan dan direkam oleh antena penerima di permukaan. Penggunaan GPR sangat tergantung pada frekuensi antena yang digunakan, dimana penggunaan antena yang berfrekuensi tinggi digunakan untuk penyelidikan dangkal dengan resolusi yang tinggi dan penggunaan frekuensi rendah untuk penyelidikan lebih dalam tetapi resolusi lebih rendah.

Keunggulan penggunaan metode GPR ini adalah ramah lingkungan, pengambilan data yang cepat, dan keakuratan dalam mendeteksi celah dan rongga, geometri lapisan batuan, ekplorasi mineral dan bijih besi, struktur geologi dangkal, dan geologi teknik, pada kedalaman yang dangkal.

Prinsip kerja georadar

GPR adalah salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio yang mempunyai rentang frekuensi antara 1-1000 MHz dan dapat mendeteksi parameter permitivitas listrik (ε), konduktivitas (σ) dan permeabilitas magnetik (μ). GPR dapat disebut juga dengan metode refleksi elektromagnetik karena memanfaatkan sifat radiasi elektromagnetik yang memperliahtkan refleksi separti pada metode gelombang seismik. GPR digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk stratigrafi tanah, studi air tanah, pemetaan fracture bedrock dan penentuan kedalaman dari permukaan air tanah (Annan dan Davis, 1989).

Prinsip Kerja GPR

Prinsip kerja alat 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

Untuk mendeteksi suatu objek diperlukan perbedaan parameter kelistrikan dari medium yang dilewati gelombang radar. Perbedaan parameter kelistrikan itu antara lain permitivitas listrik, konduktivitas dan permeabilitas magnetik. Sifat elektromagnetik suatu material bergantung pada komposisi dan kandungan air didalamnya, dimana keduanya merupakan pengaruh utama pada perambatan kecepatan gelombang radar dan atenuasi gelombang elektromagnetik dalam material. Reynold dalam bukunya An Introduction to Applied and Evironmental Geophysics, menyatakan bahwa kecepatan gelombang radar dalam suatu medium tergantung pada kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c = 0.3 m/ns), konstanta dielektrik relatif medium (εr) dan permeabilitas magnetic relatif (μr). 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 (Reynolds, 1997).

Konstanta dielektrik relatif dan cepat rambat gelombang elektromagnetik untuk material geologi (McCann et al, 1988)

Material		V (m/
Air	1	300
Water (fresh)	81	33
Water (sea)	81	33
Sand	3 – 6	120 – 170
Clay soil	3	173
Sand (wet)	25 – 30	55 – 60
Sand (dry)	3 – 6	120 – 170
Agricultural land	15	77
Average ‘soil’	16	75
Granite	5 – 8	106 – 120
Limestone	7 – 8	100 – 113
Dolomite	6,8 – 8	106 – 115
Basalt	8	106

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.

4. Metode Gravity
         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 :
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. Metode pengukuran MT (magnetotelluric) dan AMT (audio magnetotelluric) secara umum adalah sama, perbedaanya hanya pada cakupan frekuensi yang ditangkap, dimana semakin kecil frekuensi yang dihasilkan maka semakin dalam penyelidikan yang diperoleh. Metode MT memperoleh data dari frekuensi sekitar 400 Hz sampai 0.0000129 Hz (perioda sekitar 21.5 jam) sedangkan metode AMT memperoleh data dari frekuensi 10 kHz sampai 0.1 Hz, dimana sumbernya berasal dari alam (arus telurik yang terjadi di sekitar ionosfer bumi).

Untuk memperbaiki kualitas data dari gangguan elektromagnet lokal (power line, aktivitas industri, aktivitas manusia, jalan, pohon-pohon besar yang dapat menghasilkan gangguan micro-vibrations dari akar-akarnya, dll) dapat dilakukan dengan cara mengkorelasikan data dari satu alat yang disimpan statis di suatu tempat yang jauh dari gangguan elektromagnetik lokal dengan alat lainnya yang berpindah-pindah (local, remote, far remote station) dan dilakukan dalam rentang waktu yang sama yang disinkronisasikan terhadap waktu UTC.

Penggunaan metode magnetotelurik ini secara umum adalah untuk penelitian panas bumi, minyak dan gas bumi, geohidrologi, geologi regional, dan penelitian-penelitian dalam lainnya.

 

  Adapun ayat yang berhubungan dengan makalah ini adalah sebgai berikut :

Artinya :

 “dan telah kami jadikan bumi ini gunung-gunung yang kukuh supaya bumi itu (tidak) bergoncang bersama mereka,dan telah kami jadikan di bumi itu jalan-jalan yang laus agar mereka mendapat petunjuk” ( surat al-anbayi;31)

Kesimpulan

1.      Metode-metode geofisika dibagi menjadi beberapa metode, yaitu  metode Geolistrik, Metode Seismik,  Metode GPR, Metode Gravity,  Metode Magnetik

Daftar fustaka : 

1.    http://psg.bgl.esdm.go.id/sartek/sarana-survei/peralatan-survei-geofisika

(20 april 2016)

2.     https://geoful.wordpress.com/metode-geofisika/  (20 april 2016)

MAKALAH PENGANTAR GEOFISIKA

METODE GEOFISIKA

OLEH:

A.ARDIANTI SULASTRI

 60400114015

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR

2016