TEORI
Metoda seismik refraksi mengukur gelombang datang yang dipantulkan sepanjang formasi geologi di bawah permukaan tanah. Peristiwa refraksi umumnya terjadi pada muka air tanah dan bagian paling atas formasi bantalan batuan cadas. Grafik waktu datang gelombang pertama seismik pada masing-masing geofon memberikan informasi mengenai kedalaman dan lokasi dari horison-horison geologi ini. Informasi ini kemudian digambarkan dalam suatu penampang silang untuk menunjukkan kedalaman dari muka air tanah dan lapisan pertama dari bantalan batuan cadas.
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.
Seismik bias dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada tanah/batuan dari posisi sumber ke penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah usikan pertama (first break) diabaikan, sehingga sebenarnya hanya data first break saja yang dibutuhkan. Parameter jarak (offset) dan waktu jalar dihubungkan oleh sepat rambat gelombang dalam medium. Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal sebagai parameter elastisitas.
1.1 Sejarah
Metode seismik merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukuran dilakukan dengan menggunakan ‘sumber’ seismic (palu, ledakan, dan lain- lain). 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 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 1920-an. Teknik seismik refraksi digunakan secara intensif di Iran untuk membatasi struktur yang mengandung minyak.
Pada tahun 1960-an metode seismik refraksi ini telah digunakan untuk mengamati tanah longsor. Menurut Narwold dan Owen (2005) pengamatan refraksi digunakan untuk menduga kedalaman permukaan rusak (longsor) dan sisi lateral tanah longsor (Cummings and Clark, 1988; Palmer and Weisgarber, 1988; Bogoslovsky, 1977; Brooke, 1972; Carroll et al., 1972; Trantina, 1963). Dasar dari interpretasi tersebut adalah perbedaan sifat-sifat fisik dari bahan yang longsor (tergelincir) dan keberadaan sedimen keras (tak tembus) atau bedrock yang menghasilkan perbedaan kecepatan seismik (Abramson et al., 2002). Akhir-akhir ini untuk menggambarkan luasan dari massa kemiringan, pengamatan refraksi dapat juga memberikan data yang bersangkutan untuk konstruksi/pembuatan, kemungkinan riak, dan faktor pergerakan bumi. (Stephens, 1978).
1.2 Metode dan Tinjauan Pustaka
Studi Seismik Refraksi adalah metode geofisika yang ditujukan untuk memetakan karakteristik lapisan dekat permukaan (near surface) seperti kedalaman lapisan lapuk (weathering), bedrocks, pemetaan air tanah, lingkungan, dan lain-lain. Informasi geofisika yang diperoleh dari studi ini adalah model kecepatan serta kedalaman lapisan bawah permukaan. Informasi tersebut diturunkan dari first break serta geometri sumber-penerima.
Metoda seismik refraksi mengukur gelombang datang yang dipantulkan sepanjang formasi geologi di bawah permukaan tanah. Peristiwa refraksi umumnya terjadi pada muka air tanah dan bagian paling atas formasi bantalan batuan cadas. Grafik waktu datang gelombang pertama seismik pada masing-masing geophone memberikan informasi mengenai kedalaman dan lokasi dari horison-horison geologi ini. Informasi ini kemudian digambarkan dalam suatu penampang silang untuk menunjukkan kedalaman dari muka air tanah dan lapisan pertama dari bantalan batuan cadas.
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 sebagai parameter elastisitas batuan.
Bila gelombang elastik yang menjalar dalam medium bumi menemui bidang batas perlapisan dengan elastisitas dan densitas yang berbeda, maka akan terjadi pemantulan dan pembiasan gelombang tersebut. Bila kasusnya adalah gelombang kompresi (gelombang P) maka terjadi empat gelombang yang berbeda yaitu, gelombang P-refleksi (PP1), gelombang S-refleksi (PS1), gelombang P-refraksi (PP2), gelombang S-refraksi (PS2). Dari Hukum Snellius yang diterapkan pada kasus tersebut diperoleh :
dimana :
VP1 = Kecepatan gelombang-P di medium 1
VP2 = Kecepatan gelombang-P di medium 2
VS1 = Kecepatan gelombang-S di medium 1
VS2 = Kecepatan gelombang-S di medium 2
Pemantulan dan pembiasan gelombang (Telford, 1990)
Prinsip utama metode seismik refraksi adalah penerapan waktu tiba pertama gelombang P, baik gelombang langsung maupun gelombang refraksi. Mengingat kecepatan gelombang P lebih besar daripada gelombang seismik lainnya maka kita hanya memperhatikan gelombang P.
Dengan demikian antara sudut datang dan sudut bias menjadi :
Hubungan ini digunakan untuk menjelaskan metode pembiasan dengan sudut datang kritis. Gambar 1.2 memperlihatkan gelombang dari sumber S menjalar pada medium V1, dibiaskan kritis pada titik A sehingga menjalar pada bidang batas lapisan. Dengan menggunakan Prinsip Huygens pada bidang batas lapisan, gelombang ini dibiaskan ke atas setiap titik pada bidang batas itu sehingga sampai ke detektor P yang ada di permukaan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.2 sebagai berikut :
Gambar 1.2 Pembiasan dengan sudut kritis (Susilawati, 2004)
Jadi gelombang yang dibiaskan di bidang batas yang datang pertama kali di titik P pada bidang batas di atasnya adalah gelombang yang dibiaskan dengan sudut datang kritis (Susilawati, 2004).
1.3 Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan
1.Dapat mendeteksi variasi baik lateral maupun kedalaman dalam parameter fisis yang relevan, yaitu kecepatan seismik.
2.Dapat menghasilkan citra kenampakan struktur di bawah permukan
3.Dapat dipergunakan untuk membatasi kenampakan stratigrafi dan beberapa kenampakan pengendapan.
4.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.
5.Memungkinkan untuk deteksi langsung terhadap keberadaan hidrokarbon.
Kekurangan :
1.Banyaknya data yang dikumpulkan dalam sebuah survei akan sangat besar jika diinginkan data yang baik.
2.Perolehan data sangat mahal baik akuisisi dan logistik dibandingkan dengan metode geofisika lainnya.
3.Reduksi dan prosesing membutuhkan banyak waktu, membutuhkan komputer mahal dan ahli-ahli yang banyak.
4.Peralatan yang diperlukan dalam akuisisi umumnya lebih mahal dari metode geofisika lainnya.
5.Deteksi langsung terhadap kontaminan, misalnya pembuangan limbah, tidak dapat dilakukan.
APLIKASI
2.1 Alat atau Instrumen
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian dengan menggunakan metode seismik refraksi antara lain :
1.Satu set alat seismik refraksi SeismographPASI 24 Channel, seperti pada Gambar 2.4 berikut :
Seismograph PASI 24 channel
2.Satu set alat GPS Garmin Map 60 CSX sebagai penentu koordinat.
GPS Garmin Map 60 CSX
3.Satu unit komputer lengkap dengan perangkat lunak (software) akuisisi dan interpretasi data seismik refraksi.
4.Satu set roll meter sebagai pengukur jarak geophone dengan sumber gelombang seismik.
5.Geophone sebanyak 24 buah, 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.
6.Palu hammer dan plat baja.
7.HT sebagai alat komunikasi jarak jauh 2 buah.
Satu Set Alat Seismik Refraksi
2.2 Pengambilan Data
Salah satu contoh penelitian yang dilakukan yaitu ““Pemetaan Tingkat Kekerasan Batuan Menggunakan Metode Seismik Refraksi “.
Tahap pertama yang dilakukan yaitu tahap survey. Dari suatu perencanaan survei seismik refraksi adalah memilih lokasi dan panjang lintasan survei dengan menggunakan peta topografi daerah penyelidikan. Lokasi lintasan survei harus di set untuk mencapai tujuan survei secara efisien, yaitu menggunakan informasi yang ada pada peta topografi dan peta geologi. Rekaman titik penerima kedatangan pertama (first arrival) merupakan gelombang langsung dan kedatangan pertama (first break) dari gelombang refraksi tidak muncul.
Secara umum kegiatan pengambilan data seismik refraksi adalah dimulai dengan membuat sumber getar buatan, seperti vibroseis atau dinamit, kemudian mendeteksi dan merekamnya ke suatu alat penerima, seperti geophone. Getaran hasil ledakan akan menembus ke dalam permukaan bumi dimana sebagian dari sinyal tersebut akan diteruskan dan sebagian akan dipantulkan kembali oleh reflektor. Sinyal yang dipantulkan kembali tersebut akan direkam oleh alat perekam di permukaan.
Sedangkan sinyal yang menembus permukaan bumi akan dipantulkan kembali oleh bidang refleksi yang kedua sinyalnya akan diterima kembali oleh alat perekam dan seterusnya hingga ke alat perekam yang terakhir. Alat perekam akan menghasilkan data berupa trace seismik.
Untuk mendapatkan kualitas rekaman seismik refraksi yang tinggi dan mengandung bentuk first break yang tajam perlu dilakukan beberapa teknik, diantaranya adalah stacking, mempertinggi kekuatan sumber dan filtering. Sistem perekam seismik yang bisa digunakan adalah system perekam seismik 24 channel. Sedangkan sumber seismik yang sering digunakan adalah dinamit. Bila menggunakan dinamit sebagai sumber, perlu dipilih tempat yang tepat untuk melakukan peledakan, yaitu tempat dimana energi dinamit dapat terkonversi menjadi energi seismik secara efektif. Biasanya, dinamit diledakkan di dalam lubang bawah permukaan. Bila jarak sumber ke penerima lebih dari seratus meter, akan lebih baik meledakkan dinamit di dalam air dengan kedalaman lebih dari 50 cm atau membuat lubang lebih dalam sehingga ledakan dinamit menjadi lebih efektif.
Gambar di bawah ini adalah layout perekaman seismik refraksi. Geophone diletakkan disepanjang lintasan survey, dimana offset (bentangan kabel) harus 3-5 kali lebih panjang dari kedalaman target. Jadi jika panjang offset nya adalah 600 meter, maka kedalaman maksimum yang akan terdeteksi adalah 200 meter.
Layout Perekaman Seismik Refraksi (a)
Sumber gelombang pada sebuah offset dari survey refraksi, sedikitnya dua sumber S1 dan S2 (lihat gambar di bawah) yang biasanya diletakkan di sisi kiri dan kanan, dengan jarak dari geophone ½ dari group interval. Ada baiknya juga dilakukan penembakan S3. Jika crossover distance diketahui. Ada baiknya dilakukan pengukuran S4 dan S5, tergantung tujuannya S6 dan S7 kadang-kadang diperlukan.
Layout Perekaman Seismik Refraksi (b)
Pada rekaman seismik (shot gathers), first break merupakan sinyal yang pertama kali terekam oleh penerima. Sinyal tersebut berasal dari direct wave dan head wave. Direct wave adalah gelombang yang merambat dari sumber langsung ke penerima melewati lapisan pertama, Sedangkan head wave adalah gelombang yang melewati lapisan pertama lalu merambat disepanjang lapisan kedua. Syarat terjadinya head wave adalah sudut tembak gelombang harus melewati critical angle dan lapisan kecepatan lapisan tersebut harus lebih cepat dari lapisan sebelumnya.
Gambar di bawah ini menunjukkan rekaman (shot gather) serta interpretasi first break untuk direct wave (merah), head wave yang merambat melewati lapisan pertama dan disepanjang lapisan kedua (biru), serta head wave yang melewati lapisan pertama, kedua dan disepanjang lapisan ketiga (hijau). Kedalaman dan kecepatan lapisan pertama dapat dianalisis dari kurva warna merah, lapisan kedua dari kurva warna biru dan lapisan ketiga dari kurva warna hijau. Perhatikan, banyaknya perlapisan ditunjukkan dengan berapa banyak kurva tersebut saling memotong (crossover).
2.3 Pengolahan Data
Metode seismik merupakan metode geofisika yang memanfaatkan perambatan gelombang seismik ke dalam bumi. Energi seismik yang berasal dari sumber seismik dalam bentuk gelombang mekanik akan diterima oleh receiver untuk selanjutnya diubah menjadi data seismik yang dapat dibaca dalam seismograf. Data seismik yang terbaca oleh seismograf sudah dalam bentuk digital sehingga data tersebut dapat disimpan dalam format data digital. Format data yang biasa digunakan antara lain SEG2, SEGY, RAMAC, dan lain lain. Format data tersebut tergantung pada jenis alat yang digunakan.
Dalam pengolahan data seismik refraksi dengan menggunakan software dikenal ada beberapa tahap. Pada tahapan pertama peneliti harus bisa menampilkan data seismik pada komputer. Pada tahapan berikutnya, peneliti mencari first break dari data yang ditampilkan. First break merupakan saat awal energi gelombang mencapai penerima. Dengan melakukan picking first break dan membuat grafik travel time, maka cepat rambat gelombang seismik dan kedalaman refraktor dapat diketahui sehingga gambaran lapisan bawah permukaan dapat diketahui. Dengan menggunakan perhitungan secara komputerisasi maka akan didapatkan gambaran lapisan bawah permukaan yang tidak diskrit (nonlinear).
Tahapan yang digunakan dalam melakukan pengolahan data seismik refraksi, antara lain :
· Konversi Format Data Seismik Refraksi
Pengolahan data seismik dengan menggunakan software mengharuskan pengguna software tersebut untuk mengkonversikan format data dalam seismograf menjadi format data yang dapat dibaca oleh software yang digunakan. Dalam software REFLEXW, seorang pengolah data harus mengkonversikan datanya menjadi format reflex. Jika hal ini tidak dilakukan maka data tersebut tidak dapat dibaca sehingga untuk proses selanjutnya tidak dapat dilakukan.
Contoh Tampilan Data Seismik Pada Software REFLEXW
· Memproses Data Seismik Refraksi
Pada tahapan ini, peneliti harus mengetahui tipe-tipe noise dan cara mengatasinya. Berdasarkan sumbernya, noise dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu gerakan tanah yang tidak terkontrol (uncontrolled ground motion), noise yang berasal dari peralatan elektronik (electronic noise) dan noise yang berasal dari stuktur geologi bawah permukaan (geologic noise). Jenis noise yang paling jelas kehadirannya adalah uncontrolled ground motion.
Jenis noise seperti ini ada dua macam (Susilawati, 2004) yaitu noise yang timbul sesaat kemudian lenyap dan noise yang timbul terus menerus. Noise yang timbul sesaat kemudian lenyap misalnya orang yang sedang berjalan dekat pengukuran, kendaraan yang sedang melintas, dan lain-lain. Noise seperti ini dapat diatasi dengan mengkondisikan lokasi pengukuran sehingga pada saat sumber gelombang seismik ditimbulkan tidak ada orang atau kendaraan yang melintas. Noise yang timbul terus menerus biasanya disebabkan oleh angin, pohon yang bergoyang, aliran sungai dan lain-lain. Untuk menghindari keadaan semacam ini sebaiknya setiap kali mengadakan pengukuran seismik, diadakan terlebih dahulu “tes noise”. Jika noise yang timbul cukup kecil dibandingkan dengan signal yang dihasilkan maka pengukuran dapat dilaksanakan. Tetapi jika noise cukup besar dibandingkan dengan signal, maka sebaiknya pengukuran ditunda beberapa saat hingga noise menjadi kecil. Selain cara tersebut, dengan mengetahui bahwa noise bersifat acak, maka untuk menghindari noise, signal yang masuk dapat ditumpuk (di-stack) beberapa kali, sehingga data yang diperoleh lebih baik dan jelas. Dengan melakukan stacking maka signal dijumlahkan sedangkan noise ditiadakan.
Electronic noise biasanya berasal dari peralatan seismik. Geophone bertugas mengkonversi pergerakan tanah yang terdeteksi menjadi signal listrik. Signal listrik ini ditransmisikan melalui kabel dan diperkuat signal-nya dengan recording system kemudian direkam. Segala sesuatu yang dapat menyebabkan perubahan signal listrik pada kabel atau recording system mengakibatkan noise pada data yang terekam. Misalnya kondisi penghubung antara geophone dengan kabel yang kotor atau loose connection, kondisi kabel penghubung antara geophone dengan kabel yang basah atau wet connection, kondisi kabel yang bertumbuk atau cross talking juga dapat menyebabkan noise, atau karena adanya signal frekuensi tinggi yang hadir di sekitar daerah pengukuran. Untuk mengatasi kondisi noise seperti ini maka penghubung antara geophone dengan kabel ataupun kabel dengan recording system dijaga kebersihannya dan usahakan dalam kondisi kering. Untuk mengatasi noise frekuensi tinggi dapat dilakukan dengan cara memfilter data.
Peneliti dapat menganggap banyaknya tipe stuktur geologi bawah permukaan yang tidak mudah diinterpretasikan menjadi sumber noise. Dalam survey seismik refraksi, peneliti akan berasumsi bahwa struktur bawah permukaan bervariasi secara lateral hanya sepanjang line yang menghubungkan sumber seismik dengan geophone. Jika bumi benar-benar bervariasi secara signifikan jauh dari line maka sangat mungkin terjadi kesalahan interpretasi gelombang seismik yang ditangkap geophone sebagai struktur di bawah geophone sebagai ganti struktur di luar geophone.
2.4 Hasil Interprestasi
Interpretasi merupakan suatu cara analisis menafsirkan keadaan bawah permukaan dari data geofisika. Interpretasi geofisika merupakan cara menafsirkan dan menyimpulkan sebaran data geofisika yang dikaitkan dengan cara analisis serta batasan fisis yang digunakan, sedangkan interpretasi geologi adalah cara menafsirkan data hasil interpretasi geofisika menjadi model geologi bawah permukaan.
Adapun beberapa analisa dan interpretasi yang dilakukan pada metode seismik refraksi antara lain :
· Analisa Kecepatan dan Picking First Arrival Time
Pada tahapan analisa kecepatan dan picking first arrival time, peneliti harus dapat melihat first break dari setiap geophone. First break merupakan saat awal energi gelombang mencapai penerima. Kondisi ini sangat bergantung dari wavelet (bentuk dasar) gelombang yang dipancarkan sumber seismik. Dalam seismik dikenal 3 macam wavelet yaitu minimum phase, maksimum phase dan zero phase. Dalam pengolahan seismik refraksi, analisa bentuk gelombang yang digunakan adalah minimum wavelet (minimum phase) sehingga peneliti melakukan picking first break atau picking first arrival time. Setelah mengetahui first break, peneliti tidak langsung melakukan picking first break, melainkan melakukan analisa kecepatan. Analisa kecepatan dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui berapa banyak lapisan batuan bawah permukaan yang terdeteksi dan kecepatan rambat gelombang seismik pada setiap interface.
Contoh First Arrival Time
Contoh Analisa Kecepatan
· Analisa Data Travel time dan Pemodelan Inversi
Analisa data travel time dilakukan dengan tujuan untuk mengkombinasikan peta bawah permukaan satu dimensi yang dihasilkan dari setiap shot point menjadi peta bawah permukaan dua dimensi. Analisa data travel time dilakukan dengan cara mengkombinasikan data travel time yang berasal dari shot point yang berbeda tetapi masih dalam line yang sama (Sandmeier, 2006).
Contoh Analisa Data Travel time
Dalam melakukan analisa data traveltime ini, peneliti harus menanda traveltime dari setiap shot point yang ditempatkan secara bersama-sama Tujuan penandaan ini untuk menentukan lapisan yang spesifik. Dengan mengkombinasikan data yang telah ditandai mulai dari shot point pertama hingga shot point yang terakhir maka akan didapatkan model inversi lapisan bawah permukaan. Model inversi ini berupa interface atau refraktor dari setiap lapisan disertai dengan besarnya kecepatan pada interface tersebut.
Metode pemodelan inversi (time-term inversion model) merupakan metode yang cepat dan mudah untuk memperkirakan kedalaman refraktor.
Forward Modelling dan Tomografi
Metode pemodelan forward (reciprocal method) menyediakan struktur bawah permukaan yang detail dan dapat menginterpretasikan perbedaan kecepatan secara lateral (lateral velocity contrast).
Contoh reciprocal method yang dapat memberikan gambaran bawah permukaan secara lateral (Sandmeier, 2006).
Metode tomografi membutuhkan input berupa model reciprocal atau biasa disebut first model dan untuk menghasilkan model tomografi, selain harus melakukan pencocokan juga harus mungubah-ubah parameter tomografi seperti iterasi, space increment, dan lain-lain.
Tidak ada komentar:
Write komentarTambahkan komentar anda disini!!!