Metode Geofisika Eksplorasi (Gravitasi)

TEORI

1.1 Sejarah dan Perkembangan

Metode Gravity (gaya berat) dilakukan untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan berdasarkan perbedaan rapat masa cebakan mineral dari daerah sekeliling (r=gram/cm³). Metode ini adalah metode geofisika yang sensitive terhadap perubahan vertikal, oleh karena itu metode ini disukai untuk mempelajari kontak intrusi, batuan dasar, struktur geologi, endapan sungai purba, lubang di dalam masa batuan, shaff terpendam dan lain-lain. Eksplorasi biasanya dilakukan dalam bentuk kisi atau lintasan penampang. Perpisahan anomali akibat rapat masa dari kedalaman berbeda dilakukan dengan menggunakan filter matematis atau filter geofisika. Di pasaran sekarang didapat alat gravimeter dengan ketelitian sangat tinggi ( mgal ), dengan demikian anomali kecil dapat dianalisa. Hanya saja metode penguluran data, harus dilakukan dengan sangat teliti untuk mendapatkan hasil yang akurat.

1.2 Metode Gravitasi

1.2.1 Dasar Teori

Prinsip dasar fisika yang mendasari metode gravitasi adalah hukum Newton tentang gaya tarik menarik antar partikel.

Dari besar gaya tarik-menarik yang kita dapatkan, kita dapat mengetahui besar medan yang mempengaruhi alat pengukur yang digunakan, hasil terukur ini disebut medan gravitasi.

Variasi persebaran nilai gravitasi dan hal-hal yang mempengaruhinya dapat dilihat pada gambar dibawah.

Hal-hal yang mempengaruhi persebaran nilai gravitasi di permukaan bumi antara lain:

§     Adanya perbedaan jari-jari bumi. Jari-jari bumi cenderung lebih besar pada garis khatulistiwa. (mengurangi nilai gravitasi),

§     Adanya kelebihan massa pada bagian khatulistiwa. (menambahkan nilai gravitasi),

§     Adanya rotasi bumi yang berakibat adanya gaya sentripetal pada bagian khatulistiwa bumi. (mengurangi nilai gravitasi).

1.2.2 Akuisisi Data

Akuisisi data gravitasi dapat dibagi menjadi 2 yaitu pengukuran secara absolut dan relative.

§     Pengukuran secara absolut dilakukan dengan mengukur langsung besar medan gravitasi yang mempengaruhi titik pengukuran.

§     Pengukuran secara relative dilakukan dengan membandingkan medan gravitasi pada satu titik terhadap satu titik acuan.

Pengukuran secara relative biasa digunakan dalam penentuan struktur dalam eksplorasi. Hal yang paling utama yang harus diperhatikan dalam pengukuran relative adalah adanya looping pengukuran di base. Berikut ini beberapa alat yang digunakan dalam pengukuran gravitasi relative.

1.2.3 Hukum Gravitasi Newton

Pada dasarnya gravitasi adalah gaya tarik menarik antara dua benda yang memiliki rapat massa yang berbeda, hal ini dapat diekspresikan oleh rumus hukum Newton sederhana sebagai berikut:

Dengan menggunakan rumus dasar inilah maka survey geofisika metode gravitasi dapat dilakukan, namun seperti halnya metode geofisika lainnya, tentu saja metode ini memiliki koreksi. Koreksi dalam metode gaya berat adalah sebagai berikut :

a. Koreksi baca alat/skala

Koreksi baca alat adalah koreksi yang dilakukan apabila terjadi kesalahan dalam pembacaaan alat gravitasi yang digunakan. Rumus umum dalam pembacaan alat dapat ditulis sebagai berikut :

Read (mGal) = ((Read (scale)-Interval) x Counter Reading) + Value in mGal

b. Koreksi pasang surut (tidal)

Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan pengaruh gravitasi benda-benda di luar bumi seperti bulan dan matahari, yang berubah terhadap lintang dan waktu. Untuk mendapatkan nilai pasang surut ini maka, dilihatlah perbedaan nilai gravitasi stasiun dari waktu ke waktu terhadap base. Gravitasi terkoreksi tidal dapat ditulis sebagai berikut :

c. Koreksi apungan (drift)

Koreksi apungan akibat adanya perbedaan pembacaan  gravity dari stasiun yang sama pada waktu yang berbeda, yang disebabkan karena adanya guncangan pegas alat gravimeter selama proses transportasi dari suatu stasiun ke stasiun lainnya.

Sehingga dapat dikatakan bahwa gravitasi terkoreksi drift (g std) adalah :

dimana:
g std (n) = gravitasi terkoreksi drift pada stasiun ke – n

g st(n)= gravitasi terkoreksi tidal pada stasiun ke – n

d. Koreksi lintang

Koreksi ini dilakukan karena bentuk bumi yang tidak sepenuhnya bulat sempurna, tetapi pepat pada daerah ekuator dan juga karena rotasi bumi. Hal tersebut membuat ada perbedaan nilai gravitasi karena pengaruh lintang yang ada di bumi. Secara umum gravitasi terkoreksi lintang dapat ditulis sebagai berikut :

e. Koreksi udara bebas (Free Air Correction)

Koreksi ini dilakukan untuk mengkompensasi ketinggian antara titik pengamatan dan datum (mean sea level). Koreksi ini dapat ditulis sebagai berikut :

f. Koreksi Bouguer

Koreksi bouger dilakukan untuk mengkompensasi pengaruh massa batuan terdapat antara stasiun pengukuran dan (mean sea level) yang diabaikan pada koreksi udara bebas. Koreksi ini dapat ditulis sebagai berikut :

g. Koreksi medan (Terrain Correction)

Koreksi medan mengakomodir ketidakteraturan pada topografi sekitar titik pengukuran. Pada saat pengukuran, elevasi topografi di sekitar titik pengukuran, biasanya dalam radius dalam dan luar, diukur elevasinya. Sehingga koreksi ini dapat ditulis sebagai berikut :

Metode Gravitasi (geogravitasi), menggunakan harga percepatan gravitasi untuk mengetahui densitas (masa jenis) dari tiap-tiap lapisan bumi yang dicari.

Gravitimeter La Coste Romberg

Metode ini umumnya digunakan dalam eksplorasi minyak untuk menemukan struktur yang merupakan jebakan minyak (oil trap), dan dikenal sebagai metode awal saat akan melakukan eksplorasi daerah yang berpotensi hidrokarbon.

Disamping itu metode ini juga banyak dipakai dalam eksplorasi mineral dan lain-lain. Meskipun dapat dioperasikan dalam berbagai macam hal tetapi pada prinsipnya metode ini dipilih karena kemampuannya dalam membedakan rapat massa suatu material terhadap lingkungan sekitarnya. Dengan demikian struktur bawah permukaan dapat diketahui. Pengetahuan tentang struktur bawah permukaan ini penting untuk perencanaan langkah-langkah eksplorasi baik itu minyak maupun mineral lainnya. Eksplorasi metode ini dilakukan dalam bentuk kisi atau lintasan penampang.

1.3 Kelebihan dan Kekurangan

Metode gravitasi mempunyai beberapa kegunaan yang diantaranya adalah :

1)Metode gravitasi cocok digunakan dalam pemetaan Salt Dome, karena secara keseluruhan,garam mepunyai densitas yang lebih rendah dibandingkan dengan formasi yang beradadisekitarnya.

2)Metode gravitasi jufga dapat digunakan dalam mempelajari air tanah, dan untuk mendeteksimineral-mineral berat, seperti Chromites ,dll.

3)Metode gravitasi yang menggunakan gravitimeter yang sangat sensitif dapat digunakan untuk mendeteksi terowongan bawah tanah, dan lokasi dari pemakaman-pemakanman di Pyramid.

·                     Kelebihan :

a.      Relatif lebih murah

b.      Bersifat nondekstruktif 

c.      Instrumen yang ideal (gravimeter kecil dan portable)

·                     Kekurangan

a.      Metode dengan tingkat anomali yang tinggi

b.      Perlu adanya survei geologi yang mendalam dibanding metode lainnya.

1.4 Alat / Instrumen

Akuisisi data ini adalah proses pengambilan data di lapangan. Dalam proses ini dibagi menjadi beberapa tahap yang harus dilakukan. Mulai dari mengatahui informasi dari daerah yang akan diukur dan persiapan alatnya. Beberapa diantara alat itu adalah :

·                     Seperangkat Gravitimeter

·                     GPS

·                     Peta Geologi dan peta Topografi

·                     Penunjuk Waktu

·                     Alat tulis

·                     Kamera

·                     Pelindung Gravitimeter

·                     Dan beberapa alat pendukung lainnya

Hal penting yang perlu diperhatikan adalah melakukan kalibrasi alat dan menentukan titik acuan (base station) sebelum melakukan pengambilan data gayaberat di titik-titik ukur lainnya. Mencari besarnya harga medan gravitasi suatu base station (titik ikat) pengukuran dapat dilakukan dengan persamaan :

gbs = gref +( gpembacaan bs + gpembacaan ref)

gbs = harga medan gravitasi base station

gref = harga medan gravitasi titik referensi

gpembacaan bs = harga pembacaan gravitasi di base station

gpembacaan ref = harga pembacaan gravitasi di titik referensi

Gambar 1.1 Alat Scintrex gravimeter

Gambar 1.2 LaCoste Romberg Relative Gravimetri

Contoh dalam studi kasus pengukuran yang digunakan dalam suatu survey untuk menentukan daerah geothermal/panas bumi dapat dilakukan dengan beberapa parameter dan terlihat seperti pada gambar berikut.

1.5 Cara Pengambilan Data

a. Rencana pemetaan, mencakup ;

- Perencanaan lintasan,

- Perencanaan tenaga pendukung, yang didasarkan pada keadaan geologi regional.

b. Rencana survei geofisika dan geokimia, mencakup ;

- Perencanaan lintasan,

- Perencanaan jarak/interval pengambilan data (sampling/record data), yang didasarkan pada keadaan umum model badan bijih.

c. Perencanaan sampling melalui pembuatan paritan uji, sumuran uji, pemboran eksplorasi, yang mencakup :

- Jumlah paritan uji, sumuran uji, titik pemboran eksplorasi,

- Interval/spasi antar paritan (lokasi),

- Kedalaman/panjang sumuran/paritan, kedalaman lubang bor,

- Keamanan (kerja dan lingkungan),

- Interval/metode sampling, dan

- Tenaga kerja yg didsrkn  pd proyeksi/interpretasi dr penyebaran singkapan endpan di permukaan.

d. Perencanaan pemboran inti, meliputi :

- Target tubuhbijih yang akanditembus,

- Lokasi (berpengaruh pada kesampaian ketitikbor dan pemindahan (moving alat),

- Kondisilokasi (berpengaruh pada sumber air, keamanan),

- Kedalaman masing-masing lubang,

- Jenisalat yang akan digunakan, termasuk spesifikasi,

- Jumlah tenaga kerja,

- Alat transportasi, dan

- Jumlah (panjang) core box.

1.6 Cara Pengolahan Data dan Softwarenya

Di lapangan besarnya gravitasi ini diukur dengan alat yang disebut gravimeter, yaitu suatu alat yang sangat sensitif dan presisi. Gravimeter bekerja atas dasar “torsion balance”, maupun bantuk atau pendulum, dan dapat mengukur perbedaan yang kecil dalam gravitasi bumi di berbagai lokasi pada suatu daerah penyelidikan.

1.7 Hasil Interferensi

Manfaat lain dari metode gravitasi adalah bahwa pengukuran dapat dilakukan di daerah budaya banyak dikembangkan, dimana metode geofisika lainnya mungkin tidak bekerja. Sebagai contoh, pengukuran gravitasi bisa dibuat di dalam bangunan, di daerah perkotaan dan di daerah kebisingan budaya, listrik, dan elektromagnetik. Pengukuran kondisi bawah permukaan dengan metode gravitasi membutuhkan sebuah gravimeter dan sarana untuk menentukan lokasi dan elevasi relatif sangat akurat dari stasiun gravitasi.

APLIKASI

2.1. Alat atau Instrumen

Alat yang digunakan dalam metode gravity disebut gravimeter, misalnya LaCoste & Romberg Model G-525).

Gravimeter

dan

Bagian-bagian dari alat Gravimeter

Selain menggunakan gravimeter, ada alat lain yang dibutuhkan pada saat pengambilan data dengan menggunakan metode gravity, yaitu:

1.                  Altimeter

2.                  Piringan

3.                  GPS

4.                  Peta Geologi dan peta Topografi

5.                  Penunjuk Waktu

6.                  Alat tulis

7.                  Kamera

8.                  Pelindung Gravitimeter

9.                  Tali sebagai meteran jarak antar stasiun pengukuran.

2.2. Pengambilan Data

Hal-hal yang dilakukan terlebih dahulu sebelum melakukan pengukuran adalah kalibrasi terhadap data/titik pengukuran yang telah diketahui nilai gravitasi absolutnya, misalnya IGSN’71

1. Melakukan pengikatan pada base camp terhadap titik IGSN’71 terdekat yang telah diketahui nilai ketinggian dan gravitasinya, dengan cara looping.

2. Bila perlu di base camp diamati variasi harian akibat pasang surut dan akibat faktor yang lainnya.

Setelah melakukan hal di atas barulah pengamatan yang sebenarnya dilakukan. langkah selanjutnya dalam pengukuran adalah menggunakan peta geologi dan peta topografi, hal ini bertujuan untuk menentukan lintasan pengukuran dan base station yang telah diketahui harga percepatan gravitasinya. Akan tetapi ada beberapa parameter lain yang dibutuhkan juga dalam penentuan base station, lintasan pengukuran dan titik ikat. Antara lain adalah :

- Letak titik pengukuran harus jelas dan mudah dikenal.

- Lokasi titik pengukuran harus dapat dibaca dalam peta.

- Lokasi titik pengukuran harus mudah dijangkau serta bebas dari gangguan kendaraan bermotor, mesin, dll.

- Lokasi titik pengukuran harus terbuka sehingga GPS mampu menerima sinyal dari satelit dengan baik tanpa ada penghalang.

Pengambilan data lapangan dilakukan secara looping, yaitu dimulai pada suatu titik yang telah ditentukan, dan berakhir pada titik tersebut. Titik acuan tersebut perlu diikatkan terlebih dahulu pada titik ikat yang sudah terukur sebelumnya. Tujuan dari sistem looping tersebut adalah agar dapat diperoleh nilai koreksi apungan alat (drift) yang disebabkan oleh adanya perubahan pembacaan akibat gangguan berupa guncangan alat selama perjalanan.

Dalam pengukuran gaya berat terdapat beberapa data yang perlu dicatat meliputi waktu pembacaan (hari, jam, dan tanggal), nilai pembacaan gravimeter, posisi koordinat stasiun pengukuran (lintang dan bujur) dan ketinggian titik ukur. Pengambilan data dilakukan di titik-titik yang telah direncanakan pada peta topografi dengan interval jarak pengukuran tertentu.

Setelah pembacaan alat untuk tiap-tiap stasiun yang menjadi target pengukuran maka dapat dilakukan proses pengolahan data dengan melakukan konversi dari pembacaan alat ke mGal dengan menggunakan suatu bentuk perumusan tertentu berdasarkan nilai-nilai pembacaan yang didapat dalam pengukuran disetiap stasiun. Adapun contoh kasus misalnya sebagai berikut:

a. Jika hasil pembacaan gravitimeter 1714,360. Nilai ini diambil nilai bulat sampai ratusan yaitu 1700. Dalam tabel konversi, nilai 1700 sama dengan 1730,844 mGal.

b. Sisa dari hasil pembacaan yang belum dihitung yaitu 14,360 dikalikan dengan faktor interval yang sesuai dengan nilai bulatnya, yaitu 1,01772 sehingga hasilnya menjadi 14,360 x 1,01772 = 14.61445 mGal.

c. Kedua perhitungan diatas dijumlahkan, hasilnya adalah (1730,844 + 14.61445) x CCF = 1746.222 mGal. Dimana CCF (Calibration Correction Factor) merupakan nilai kalibrasi alat Gravimeter LaCoste & Romberg type G.525 sebesar 1.000437261.

Pengukuran metode gayaberat dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu: penentuan titik ikat dan pengukuran titik-titik gayaberat. Sebelum survei dilakukan perlu menentukan terlebih dahulu base station, biasanya dipilih pada lokasi yang cukup stabil, mudah dikenal dan dijangkau. Base station jumlahnya bisa lebih dari satu tergantung dari keadaan lapangan. Masing-masing base station sebaiknya dijelaskan secara cermat dan terperinci meliputi posisi dan nama tempat. Base ini dipergunakan sebagai titik tutupan harian dan juga sebagai nilai acuan bagi stasiun gaya berat lainnya.

Pengukuran data lapangan meliputi pembacaan gravimeter juga penentuan posisi, waktu, dan pembacaan altimeter serta suhu. Pengukuran gayaberat pada penelitian ini menggunakan alat Gravimeter LaCoste & Romberg Model G-804, yang memiliki kemampuan pembacaan 0 sampai 7000 mGal, dengan tingkat ketelitian 0,01 mgal dan kesalahan apungan (drift) 1 mgal per bulan atau 0,03 mgal per hari. Penentuan posisi dan waktu menggunakan Global Positioning System (GPS) Garmin, sedangkan pengukuran ketinggian menggunakan altimeter, termometer, dan microbarograph. Dari pengukuran tersebut dihasilkan 94 titik pengukuran pada sepanjang lintasan Pangalengan - Garut dengan interval tiap titik sekitar 500 meter.

Pengambilan data pada titik-titik survei dilakukan dengan sistem Loop, yaitu sistem pengukuran yang dimulai dan diakhiri pada titik gayaberat yang sudah diketahui nilainya. Sistem Loop diharapkan dapat menghilangkan kesalahan yang disebabkan oleh pergeseran pembacaan gravimeter. Metode ini muncul dikarenakan alat yang digunakan selama melakukan pengukuran akan mengalami guncang n, sehingga menyebabkan bergesernya pembacaan titik nol pada alat tersebut.

Data-data yang diambil pada saat pengukuran adalah:

Tanggal dan hari pembacaan Data ini berguna untuk koreksi pasang surut

Waktu pembacaan Data ini berguna untuk koreksi apungan dan penentuan pasang surut.

1.                  Pembacaan alat

2.                  Koordinat stasiun pengukuran dengan menggunakan GPS

3.                  Data inner zone untuk koreksi Terrain

4.                  Ketinggian titik pengukuran

Analisis Densitas Batuan Rata-rata

Hasil densitas yang digunakan dalam perhitungan ini adalah harga densitas rata-rata. Untuk menetukan harga densitas rata-rata dapat digunakan cara metode Parasnis.

Pada metode ini, densitas batuan dihitung dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Menetukan profil topografi yang konsisten naik.

2. Menghitung selisih antara medan gayaberat observasi dengan gayaberat normal lalu dijumlahkan dengan KUB untuk y-nya.

3. Menghitung selisih antara KB sebelum dikalikan densitas dengan koreksi terrain sebelum dikalikan densitas untuk x-nya.

4. Rapat massa batuan diperoleh dari kemiringan garis lurus regresinya.

2.3. Pengolahan Data

Pengolahan data gayaberat yang sering disebut juga dengan reduksi data gayaberat, secara umum dapat dipisahkan menjadi dua macam, yaitu: proses dasar dan proses lanjutan. Proses dasar mencakup seluruh proses berawal dari nilai pembacaan alat di lapangan sampai diperoleh nilai anomali Bouguer di setiap titik amat. Proses tersebut meliputi tahap-tahap sebagai berikut: konversi pembacaan gravimeter ke nilai milligal, koreksi apungan (drift correction), koreksi pasang surut (tidal correction), koreksi lintang (latitude correction), koreksi udara bebas(free-air correction), koreksi Bouguer, dan koreksi medan (terrain correction).Prosedur pengolahan data yang dilakukan penulis adalah mengolah dari konversi bacaan hingga menjadi model penampang 2-D. Pada pelaksanaanya, pengolahan data tersebut dibantu oleh perhitungan komputer dengan menggunakan software MS. Excel. Proses lanjutan merupakan proses untuk mempertajam kenampakan/gejala geologi pada daerah penyelidikan yaitu pemodelan dengan menggunakan software Surfer 8 dan GMSys 2-D.

2.4. Hasil Interprestasi

Data yang didapatkan dari  hasil pengukuran dengan  metode gravity setelah dilakukan prosesing data dapat dihitung nilai anomali  free air (AFA) dan anomaly bouger lengkap (ABL). AFA dapat  digambarkan dalam peta contur seperti ditunjukkan pada gambar (a), sedangkan peta kontur ABL ditunjukkan pada gambar (b).

(a) Peta kontur anomali free air daerah penelitian dalam system koordinat UTM, skala anomali free air dalam satuan mgal.

(b) Peta kontur anomali ABL daerah penelitian dengan rho bouger 2,4 g/cc dalam system koordinat UTM, skala anomaly ABL dalam satuan mgal dan perkiraan. lokasi Sesar Opak di tunjukkan dengan garis hitam.