Metode Geofisika Eksplorasi (Seismik Refleksi)

TEORI

Seismik refleksi adalah metoda geofisika dengan menggunakan gelombang elastis yang dipancarkan oleh suatu sumber getar yang biasanya berupa ledakan dinamit (pada umumnya digunakan di darat, sedangkan di laut menggunakan sumber getar (pada media air menggunakan sumber getar berupa air gun, boomer atau sparker).

Metoda seismik adalah salah satu metoda eksplorasi yang didasarkan pada pengukuran respon gelombang seismik (suara) yang dimasukkan ke dalam tanah dan kemudian direleksikan atau direfraksikan sepanjang perbedaan lapisan tanah atau batas-batas batuan. Sumber seismik umumnya adalah palu godam (sledgehammer) yang dihantamkan pada pelat besi di atas tanah, benda bermassa besar yang dijatuhkan atau ledakan dinamit. Respons yang tertangkap dari tanah diukur dengan sensor yang disebut geofon, yang mengukur pergerakan bumi. Metode seismik merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukuran dilakukan dengan menggunakan sumber seismic (palu, ledakan, dll). Setelah usikan diberikan, terjadi gerakan gelombang di dalam mediu (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.

Seismik refleksi ini, 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.

Seismik refleksi umumnya dipakai untuk penyelidikan hidrokarbon. Biasanya metode seismik refleksi ini dipadukan dengan metode geofisika lainnya, misalnya metode grafitasi, magnetik, dan lain-lain. Namun metode seismik refleksi adalah yang paling mudah memberikan informasi paling akurat terhadap gambaran atau model geologi bawah permukaan dikarenakan data-data yang diperoleh lebih akurat.

1.1 Sejarah
Eksperimen seismik aktif pertama kali dilakukan pada tahun 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. Pemakaian awal observasi seismik untuk eksplorasi minyak dan mineral dimulai pada tahun 1920an. Teknik seismik refraksi digunakan secara intensif di Iran untuk membatasi struktur yang mengandung minyak. Tetapi, sekarang seismik refleksi merupakan metode terbaik yang digunakan di dalam eksplorasi minyak bumi. Metode ini pertama kali didemonstrasikan di Oklahoma pada tahun 1921.

1.2 Metode

Metode seismik refleksi merupakan salah satu metode geofisika untuk mengobservasi objek bawah permukaan bumi dengan memanfaatkan sifat pemantulan  gelombang elastik yang dihasilkan dari sumber seismik. Sumber gelombang seismik dapat berupa dinamit, dan vibroseis untuk survey yang dilakukan di darat dan air gun jika survey seismik dilakukan di laut. Gelombang seismik yang dihasilkan kemudian akan direkam oleh alat perekam berupa geophone untuk survey darat dan hydrophone untuk survey yang dilakukan di air.
Gelombang bunyi yang dihasilkan dari ledakan tersebut menembus sekelompok batuan di bawah permukaan yang nantinya akan dipantulkan kembali ke atas permukaan melalui bidang reflektor yang berupa batas lapisan batuan. Gelombang yang dipantulkan ke permukaan ini diterima dan direkam oleh alat perekam yang disebut Geophone (di darat) atau Hydrophone (di laut), (Badley, 1985). Refleksi dari suatu horison geologi mirip dengan gema pada suatu muka tebing atau jurang. Metoda seismic refleksi banyak dimanfaatkan untuk keperluan Explorasi perminyakan, penetuan sumber gempa ataupun mendeteksi struktur lapisan tanah.
Seismik refleksi hanya mengamati gelombang pantul yang datang dari batas-batas formasi geologi. Gelombang pantul ini dapat dibagi atas beberapa jenis gelombang yakni: Gelombang-P, Gelombang-S, Gelombang Stoneley, dan Gelombang Love

Metode Seismik Refleksi dengan Geophone

Metode Seismik Refleksi dengan Hydrophone

Eksplorasi seismik refleksi dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu eksplorasi prospek dangkal dan eksplorasi prospek dalam. Eksplorasi seismik dangkal (shallow seismic reflection) biasanya diaplikasikan untuk eksplorasi batubara dan bahan tambang lainnya. Sedangkan seismik dalam digunakan untuk eksplorasi daerah prospek hidrokarbon (minyak dan gas bumi). Kedua kelompok ini tentu saja menuntut resolusi dan akurasi yang berbeda begitu pula dengan teknik lapangannya.

Secara umum, metode seismik refleksi terbagi atas tiga bagian penting yaitu pertama adalah akuisisi data seismik yaitu merupakan kegiatan untuk memperoleh data dari lapangan yang disurvei, kedua adalah pemrosesan data seismik sehingga dihasilkan penampang seismik yang mewakili daerah bawah permukaan yang siap untuk diinterpretasikan, dan yang ketiga adalah interpretasi data seismik untuk memperkirakan keadaan geologi di bawah permukaan dan bahkan juga untuk memperkirakan material batuan di bawah permukaan.

Metode seismik refleksi merupakan metode geofisika aktif yang memanfaatkan sumber seismik buatan (dapat berupa ledakan, pukulan, dll). Setelah gelombang buatan tersebut diberikan, maka gelombang tersebut akan merambat melalui medium tanah/batuan di bawah permukaan, dimana perambatan gelombang tersebut akan memenuhi hukum-hukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pemantulan maupun pembiasan sebagai akibat dari adanya perbedaan kecepatan ketika melalui pelapisan medium yang berbeda. Pada jarak tertentu di permukaan, gerakan partikel tersebut direkam sebagai fungsi waktu. Berdasarkan data rekaman tersebut selanjutnya dapat diperkirakan bentuk lapisan/struktur bawah permukaan.

Metoda seismik refleksi merupakan metoda geofisika yang memanfaatkan gelombang pantul (refleksi) dari batuan bawah permukaan.Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengirimkan sinyal (gelombang) kedalam bumi,kemudian sinyal tersebut akan dipantulkan oleh batasan tara dua lapisan, dan selanjutnya sinyal pantulan direkam oleh receiver (geopon atau hidropon). Data yang dimanfaatkan dari gelombang pantul ini ialah waktu datang, yang akan memberikan informasi kecepatan rambat gelombang pada lapisan batuan tersebut. Berbagai variable lain yang dapat dimanfaatkan ialah amplitude gelombang, frekuensi dan fasa gelombang.

Komponen Seismik Refleksi

1.  Impedansi Akustik

Salah satu sifat akustik yang khas pada batuan adalah impedansi akustik (IA) yang merupakan hasil perkalian (p) dan kecepatan (V_P) (Sukmono,1999).

2. Koefisien Refleksi
Refleksi gelombang seismic akan timbul setiap terjadi perubahan harga (IA) Perbandingan antara energy yang dipantulkan dengan energi datang pada keadaan normal adalah (Sukmono,1999).

3.         Wavelet

Wavelet atau disebut juga sinyal seismic merupakan kumpulan dari sejumlah gelombang seismic yang mempunyai amplitudo, frekuensi, dan fasa tertentu. Menurut Veeken (2007), ada dua bentuk dasar dari wavelet seismic dalam pengolahan data (gambar 3.4) yaitu sebagai berikut :

·     Wavelet minimum-phase, dimana awal wavelet ini bertepatan dengan posisi yang tepat dari antar muka bawah permukaan.

·     Wavelet zero-phase, dimana amplitudo maksimum wavelet ini bertepatan dengan antar muka litologi.

Tipikal wavelet minimum-phase dan zero-phase (Veeken,2007)

4.    Polaritas

Polaritas terbagi menjadi polaritas normal dan polaritas terbalik. Berdasarkan gambar 3.5, Society Exploration Geophysics (SEG) mendefinisikan polaritas normal sebagai berikut (Sukmono,1999).

1. Sinyal seismic positif akan menghasilkan tekanan akustik positif pada hidropon di air atau pergerakan awal keatas pada geopon didarat.

2. Sinyal seismic yang positif akan terekam sebagai nilai negative pada tape,defleksi negative pada monitor dan trough pada penampang seismik.

Polaritas menurut ketetapan Society of Exploration Gephysics (SEG) (a) fase minimum (b) fase nol (Sukmono,1999)

5.    Resolusi Seismik

Resolusi vertical merupakan kemampuan akuisisi seismic untuk dapat memisahkan membedakan dua bidang batas perlapisan batuan secara vertikal. Resolusi ini dicerminkan oleh suatu batas yaitu kedua reflector masih dapat dipisahkan dan besarnya tergantung pada ketebalan dan panjang gelombang.

Resolusi minimum yang masih dapat ditampilkan oleh gelombang seismic adalah ¼ λ disebut juga tuning thickness,yaitu panjang gelombang minimum yang masih dapat dibedakan oleh gelombang seismik. Resolusi horizontal merupakan kemampuan akuisisi seismic untuk dapat memisahkan dua kenampakan permukaan reflektor. Ambang batas resolusi horizontal atau spatial dengan jari-jari (radius) zona Fresnel pertama (gambar 3.6), nilainya tergantung dari panjang gelombang dan kedalaman. Dengan demikian maka resolusi nilai horizontal dan vertical tergantung pada kecepatan dan frekuensi.

6.    Seismogram Sintetik

Seismogram sintetik merupakan rekaman seismic buatan yang dibuat dari data log kecepatan dan densitas. Data kecapatan dan densitas menghasilkan koefisien refleksi yang selanjutnya dikonvolusikan dengan Seismogram sintetik biasa disebut juga dengan geogram. Seismogram sintetik dibuat untuk mengkorelasikan antara formasi sumur (umur, kedalaman dan sifat fisis lainnya).Untuk mendapatkan seismogram sintetik yang baik, wavelet yang dipakai sebaiknya mempunyai karateristik yang sama baik fase maupun kandungan frekuensi dengan yang digunakan.

Efek frekuensi gelombang pada respon seismic (Sukmono,1999).

2.3 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan Metode Seismik Refleksi:

1.Pengukuran seismik pantul menggunakan offset yang lebih kecil.

2.Seismik pantul dapat bekerja bagaimanapun perubahan kecepatan sebagai fungsi kedalaman.

3.Seismik pantul lebih mampu melihat struktur yang lebih kompleks.

4.Seismik pantul merekan dan menggunakan semua medan gelombang yang terekam.

5.Bawah permukaan dapat tergambar secara langsung dari data terukur.

Kekurangan Metode Seismik Refleksi:

1.Karena lokasi sumber dan penerima yang cukup lebar untuk memberikan citra bawah permukaan yang lebih baik, maka biaya akuisisi menjadi lebih mahal.

2.Prosesing seismik refleksi memerluakn komputer yang lebih mahal, dan sistem data base yang jauh lebih handal.

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.

APLIKASI

3.1 Alat atau Instrumen

Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian dengan menggunakan metode seismik refleksi antara lain :

1.         Satu set alatSeismograph

2.         Satu set alat GPS sebagai penentu koordinat.

3.         Theodolith sebagai penentu koordinat.

Gambar 2.1 Theodolith

4.         Satu unit komputer lengkap dengan perangkat lunak (software) akuisisi dan interpretasi data seismik refraksi.

5.         Satu set roll meter sebagai pengukur jarak geophone dengan sumber gelombang seismik.

Gambar 2.2 Roll Meter

6.         Geophone, yang digunakan dalam refleksi seismologi untuk merekam gelombang energi yang dipantulkan oleh geologi bawah permukaan. Dalam hal ini kepentingan utama dalam gerakan vertikal permukaan bumi.

Geophone

7.         Palu hammer

8.         Plat baja.

9.         HT sebagai alat komunikasi jarak jauh 2 buah.

Alat Survei Metode Seismik Refleksi

2.2 Pengambilan Data

Pengambilan data seismik, tidak lain adalah tahapan pengukuran guna mendapatkan data seismik berkualitas baik di lapangan. Data seismik yang diperoleh dari tahapan ini akan menentukan kualitas hasil tahapan berikutnya. Sehingga, dengan data yang baik akan membawa hasil pengolahan yang baik pula, dan pada akhirnya, dapat dilakukan interpretasi yang akurat, yang menggambarkan kondisi bawah permukaan sebagaimana mestinya.

Untuk memperoleh data berkualitas baik perlu diperhatikan pemilihan desain survey dan beberapa faktor terkait. Dalam eksplorasi minyak dan gas bumi pada khususnya, ada beberapa faktor yang menjadi pertimbangan yang akan mempengaruhi kegiatan survey, termasuk juga kualitas data, yaitu :

·     Kedalaman jebakan hidrokarbon yang menjadi target

·     Resolusi vertikal

·     Kualitas refleksi pada batuan

·     Sumber gangguan/noise yang dominan

·     Ciri-ciri jebakan hidrokarbon

·     Kemiringan target paling curam

·     Kemungkinan adanya proses lain yang perlu dilakukan

Medan pengukuran seismik mencakup pengukuran di darat, di laut, dan di lingkungan transisi. Selain itu, survey seismik juga dapat dilakukan secara 2 dimensi maupun 3 dimensi. Masing-masing kondisi tersebut akan memerlukan desain survey dan teknologi yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan dan tujuannya.

Mekanisme pengambilan data lapangan yang dipergunakan dalam Seismik Refleksi adalah sebagai berikut :

1.           Pemasangan Patok.

Sebelum dilakukan pengukuran seismik, maka terlebih dahulu harus ditentukan posisi koordinat (X, Y, dan Z) dari tiap-tiap titik geophone maupun shot point. Penentuan koordinat ini dapat dilakukan dengan menggunakan theodolith ataupun GPS. Titik-titik tersebut, kemudian ditandai dengan patok yang sudah mempunyai harga koordinat terhadap referensi tertentu.

2.           Pemasangan Geophone

         Geophone dipasang sesuai dengan rencana tipe penembakan yang akan dilakukan dan disusun berurutan. Pemasangan geophone diusahakan sedekat mungkin dengan patok yang sudah diukur koordinatnya.

3.           Pemasangan Sumber Peledak

         Sumber peledak dipasang sesuai dengan rencana tipe penembakan

4.           Persiapan Alat Perekaman Data Seismik

Sebelum melakukan penembakan alat perekam harus dicek terlebih dahulu, sehingga data yang dihasilkan cukup optimal.

5.           Penembakan

Penembakan hanya dapat dilakukan ketika alat perekam data seismik sudah dilakukan pengecekan dan terpasang dengan baik.

6.           Pencatatan data pengamatan pada observer log

Data pengamatan dan kejadian selama berlangsungnya pengukuran kemudian disalin pada buku observer log.

Tujuan utama dari suatu survei seismik refleksi adalah memberikan informasi mengenai geologi bawah permukaan. Metoda seismik refleksi ini dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu :

1. Seismik dangkal (shallow seismic reflection) yang umumnya digunakan dalam eksplorasi batu bara dan bahan tambang lainnya.

2. Seismik dalam yang umum digunakan untuk eksplorasi daerah prospek hidrokarbon.

Prinsip dasar dari metoda seismik pantul ini adalah pengiriman sinyal ke dalam bumi, dan karena adanya bidang perlapisan (bidang kontak) maka bidang tersebut dapat menjadi bidang pantul (reflektor). Sinyal yang dikirim melalui alat peledak (S) direfleksikan oleh bidang reflekto oleh titik refleksi (R), dan sinyal yang dipantulkan direkam oleh detektor berupa geofon (G) Kualitas data seismik sangat ditentukan oleh kesesuaian parameter lapangan yang digunakan dengan kondisi geologi dan kondisi permukaan daerah survei. Disamping itu parameter lapangan juga harus disesuaikan dengan target eksplorasi yang ingin dicapai. Jadi keberhasilan suatu survei seismik sangat ditentukan dari desain parameter lapangan digunakan.

Beberapa parameter lapangan yang harus ditentukan dan disesuaikan dengan kondisi lapangan adalah sebagai berikut :

1.              Jumlah dan susunan geopon

2.              Interval sampling

3.              Jumlah bahan peledak dan kedalaman lubang bor

4.              Jarak antar titik tembak

5.              Jarak antara geopon

6.              Geometri penembakan

7.              Filter (high-cut dan low-cut).

Parameter lapangan dirancang berdasarkan data geologi dan data geofisika yang ada, dan penentuannya dilakukan dengan uji coba secara langsung di lapangan. Parameter dipilih berdasarkan optimasi keterbatasan parameter lapangan dalam memecahkan problem yang muncul. Selain itu faktor ekonomis juga merupakan pertimbangan utama dalam optimasi ini.

2.3 Pengolahan Data

Pengolahan data seismik, pada dasarnya dimaksudkan untuk mengubah data seismik lapangan yang terekam menjadi suatu penampang seismik yang kemudian dapat dilakukan interpretasi darinya. Sedangkan tujuan pengolahan data seismik adalah untuk menghasilkan penampang seismik dengan kualitas signal to noise ratio (S/N) yang baik tanpa mengubah bentuk kenampakan-kenampakan refleksi/pelapisan batuan bawah permukaan, sehingga dapat dilakukan interpretasi keadaan dan bentuk dari struktur pelapisan bawah permukaan bumi seperti kenyataannya. Atau dapat dikatakan bahwa pengolahan data seismik didefinisikan sebagai suatu tahapan untuk meredam noise dan memperkuat sinyal.

Proses Pengolahan Data, dan Data Seismik Mentah (Raw Data).

2.4 Hasil Interprestasi

Dari pengolahan data seismik, hasilnya yang berupa penampang seismik kemudian diinterpretasikan/ditafsirkan. Tujuan interpretasi seismik adalah menggali dan mengolah berbagai informasi-informasi geologi bawah permukaan dari penampang seismik. Pada eksplorasi minyak dan gas bumi, interpretasi ditujukan untuk mengetahui lokasi reservoar hidrokarbon di bawah permukaan.

Pada umumnya, penampang seismik ditampilkan sebagai penampang waktu (time section), namun dapat juga ditampilkan sebagai penampang kedalaman (depth section) setelah melalui beberapa tahapan perhitungan tertentu.

teknik refleksi lebih mampu menghasilkan data pengamatan yang dapat diinterpretasikan (interpretable). Seperti telah dinyatakan sebelumnya, bagaimanapun juga teknik refleksi membutuhkan biaya yang lebih besar. Biaya tersebut biasanya sangat signifikan secara ekonomis.

Karena survey refleksi membutuhkan biaya lebih besar daripada survey refraksi, maka sebagai konsekuensinya survey refraksi lebih senang digunakan untuk lingkup sempit/kecil. Misalnya digunakan dalam mendukung analisis lingkungan atau geologi teknik. Sedangkan survey refleksi digunakan dalam eksplorasi minyak bumi.