METODE ELEKTROMAGNETIK DALAM GEOFISIKA
I.
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.
Dalam skala yang berbeda, metode geofisika dapat diterapkan secara global yaitu untuk menentukan struktur bumi, secara lokal yaitu untuk eksplorasi mineral dan pertambangan termasuk minyak bumi dan dalam skala kecil yaitu untuk aplikasi geoteknik (penentuan pondasi bangunan dll). II.
Metode Geofisika
Ada dua macam metode dalam geofisika, yaitu: 1. 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 da ta 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 Mohorovici c menggunakan waktu jalar jal ar dari sumber gempa bumi b umi untuk
eksperimennya dan menemukan keberadaan bidang batas antara mantel dan kerak bumi yang sekarang disebut sebagai Moho. 2. Metode Non Seismik salah satu metode yang cukup popular dan sedang dikembangkan dalam dunia geofisika adalah Metoda Elektromagnetik. Pada metoda ini terdapat sumber medan elektromagnetik yang membangkitkan medan primer. Apabila dibawah permukaan tanah mengandung bahan konduktif, di dalam batuan tersebut akan terjadi arus oleh induksi, dan arus ini menimbulkan medan sekunder.
III.
Metode Elektromagnetik
Salah satu metode yang banyak digunakan dalam prospeksi geofisika adalah metode elektromagnetik. Metode elektromagnetik ini biasanya digunakan untuk eksplorasi bendabenda konduktif atau benda-benda yang mampu menghantarkan listrik serta mampu memberikan respon terhadap gaya magnet.
Prinsip penerapan metode electromagnet
Tujuan dari dilakukannya metode ini adalah pada pemanfaatan dari perubahan komponen-komponen medan akibat variasi konduktivitas untuk menentukan struktur bawah permukaan. Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja, seperti dengan membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi, pengukuran
semacam ini disebut teknik pengukuran aktif. Survei geofisika elektomagnetik pada prinsipnya mengukur variasi lokal medan magnet bumi atau permeabilitas magnetik tubuh cebakan dari daerah di sekelilingnya. Perbedaan permeabilitas relatif itu diakibatkan oleh perbedaan distribusi mineral ferromagnetic, paramagnetic, dan diamagnetic. Metode ini sensitive terhadap perubahan vertical. Sifat magnetik bahan alami seperti bijih logam magnetik dan batuan beku dasar yang kemungkinan memiliki komposisi mineral-mineral logam yang memungkinkannya untuk diidentifikasi dan dipetakan oleh survei magnetik. Kuat medan magnet lokal atau anomali juga dihasilkan oleh benda baja yang terkubur di dalam bumi dan metode ini juga sangat disukai pada studi geothermal karena mineralmineral ferromagnetic akan kehilangan sifat kemagnetannya bila dipanasi mendekati temperatur Curie oleh karena itu digunakan untuk mempelajari daerah yang dicurigai mempunyai potensi Geothermal.
Contoh hasil kenampakan metode elektomagnetik
Magnetometer adalah instrumen yang sangat akurat yang mengukur medan magnet lokal ke tingkat presisi yang tinggi. Magnetometer merupakan sistem yang digunakan untuk aplikasi komersial termasuk presesi proton, cesium uap dan magnetometer gradiometer. Sistem operasi memiliki prinsip yang secara umum sama memanfaatkan cairan kaya proton dikelilingi oleh kumparan listrik. Sebuah saat ini diterapkan melalui kumparan, yang
menghasilkan medan magnet yang sementara polarises proton. Ketika saat ini akan dihapus, proton atau menyetel kembali presesi sepanjang garis medan magnet bumi. Presesi proton menghasilkan arus listrik kecil yang terukur dalam kumparan, pada frekuensi yang sebanding dengan intensitas medan magnet.
Contoh penerapan geofisika metode electromagnet
Gradiometers mengukur gradien medan magnetik dari kekuatan medan total. Anomali gradien magnetik umumnya memberikan definisi yang lebih baik dari fitur terkubur dangkal seperti tank dikuburkan dan drum limbah, tetapi kurang berguna untuk tugas-tugas geologi seperti untuk mempelajari tubuh intrusi, batuan dasar, urat hydrothermal dan struktur geologi. Penetrasi mendalam survei magnetik tidak dipengaruhi oleh tinggi konduktivitas tanah listrik, yang membuat mereka berguna di situs dengan air tanah, tanah liat atau tingginya tingkat kontaminasi tempat GPR dan elektromagnetik. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif, yaitu dengan memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang tidak secara sengaja dibangkitkan di sekitar daerah pengamatan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 Khz) yang digunakan untuk kepentingan navigasi kapal selam. Teknik ini lebih praktis dan mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas.
Contoh metode ini adalah Turam elektromagnetik. Metode ini kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarnya sumber yang dibuat. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif, yaitu dengan memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang tidak secara sengaja dibangkitkan di sekitar daerah pengamatan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 Khz) yang digunakan untuk kepentingan navigasi kapal selam. Teknik ini lebih praktis dan mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas. Ada beberapa macam metode elektromagnetik yang sedang dikembangkan di dunia, di antaranya adalah: 1. Metode Elektromagnetotelurik
Metode elektromagnetotelurik merupakan metode geofisika yang sangat populer dan sering digunakan dalam survey geologi, rekayasa, dan arkeologi dalam segala variasi. Akan tetapi, analisa data dan pemodelan biasanya dilakukan setelah kembali ke base camp atau laboratorium. Interaksi medan magnet bumi yang menginduksi arus listrik dibawah permukaan bumi ditangkap oleh sensor yang berupa koil magnetik dimana struktur penyusunannya disusun sedemikian rupa. 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 0.00001 Hz – 100 Hz, dimana sumbernya berasal dari alam (arus telurik yang terjadi di sekitar ionosfer bumi). Metoda Magnetotellurik (MT) ini diperkenalkan oleh Tikhonov (1950) dan Cagniard (1953), merupakan metoda sounding yang mampu mencapai jarak sampai kedalaman 5 km, berasosiasi dengan densitas dan frekuensi. Saat ini aktif dikembangkan di berbagai penjuru dunia untuk keperluan eksplorasi geothermal dan dijadikan metoda standar untuk aplikasi ini, karena resistivitas batuan juga memiliki hubungan yang kuat dengan kondisi termalnya. dapat digunakan juga untuk eksplorasi migas karena ke-kurang efektif-an metoda seismik pada daerah tutupan vulkanik yang tebal dan kondisi struktur overthrusting yang ekstrem. Tinggi rendah frekuensi akan berdampak pada kedalaman informasi yang didapat, pada frekuensi tinggi kita akan mendapatkan informasi
dari bawah permukaan bumi yang lebih dangkal, sedangkan pada frekuensi rendah maka kita akan mendapatkan informasi pada kedalaman yang lebih dalam, ini dinamakan fenomena skin effect. Data yang berupa deret waktu diubah menjadi deret frekuensi, sehingga lebih mudah untuk berasosiasi dengan kedalaman. Lalu dengan metoda inversi, data melalui proses robust processing yaitu agar data bersih dari pencilan luar yang tidak diinginkan. Semua proses diatas memakai software SSMT2000 dari phoenix geophysics Canada, hasilnya akan keluar data resistivitas semu dan fasa yang berbanding dengan frekuensi. belum selesai, pemrosesan akan dilanjutkan menggunakan software MT editor dimana kita akan memperbaiki data MT yang masih tidak terlalu rapi. Inversi Bostick merupakan teknik yang sederhana dan cepat untuk analisis kurva sounding tahanan jenis semu dan fasa dari data megnetotelurik (MT). Pada metode transformasi tersebut informasi mengenai kedalaman diperoleh dari frekuensi pengukuran atau waktu untuk metoda elektromagnet berdasarkan prinsip skin-depth. Kemudian tahanan jenis semu pengukuran ditransformasikan menjadi tahanan jenis efektif sehingga diperoleh tahanan jenis sebagai fungsi dari kedalaman. Penggunaan metode magnetotelurik ini secara umum adalah untuk penelitian panas bumi, minyak dan gas bumi, geohidrologi, geologi regional, dan penelitian-penelitian dalam lainnya. Peralatan magnetotelurik yang dimiliki Pusat Survei Geologi adalah : MTU-5A Phoenix. Jika suatu medan magnet dengan frekuensi f(Hz), amplitude medan listrik dan medan magnet yang muncul disebut E dan B diukur secara serentak pada arah yang saling tegak lurus sebagai , dalam suatu medan yang saling uniform tahanan jenisnya adalah : Dimana : Ey =medan listrik ke arah y Bx= medan magnet kea rah x
Alat yang digunakan dalam metode magnetotelurik
2. Metode CSAMT (Controlled Audio Frequency Magnetotellurics)
Metode CSAMT (Controlled Source Audio-frequency Magneto-telluric) merupakan salah satu metode survai geofisika dengan menggunakan sistem induksi elektromagnetik. Metode CSAMT ini merupakan perluasan dari metode MT ( Magneto-telluric) yang menggunakan sumber alami. Goldstein dan Strangway mengembangkan suatu metode yang menggunakan sumber medan buatan (CSAMT) . Sumber medan yang digunakan berasal dari dipol listrik yang diinjeksikan ke dalam bumi. Informasi tentang resistivitas batuan bawah permukaan sebagai fungsi kedalaman, diperoleh dengan mengukur besarnya medan listrik dan medan magnet untuk berbagai frekuensi. Resistivitas listrik merupakan parameter penting untuk mengkarakterisasikan keadaan fisis bawah permukaan, yang diasoasiasikan dengan Material dan kondisi bawah permukaan. Parameter tersebut bergantung pada lithologi, porositas, suhu, tekanan, dan fluida yang mengisi batuan. Penurunan persamaan
untuk metode MT maupun CSAMT dikembangkan mengikuti pendekatan Cagniard. Asumsi dasar yang digunakan adalah bumi dianggap lapisan horizontal dimana masingmasing lapisan mempunyai sifat homogen isotropis dan, gelombang elektromagneik alam yang berinteraksi dengan bumi merupakan gelombang bidang. Dengan menganggap bahwa bumi bersifat homogen isotropis, sifat fisik medium tidak bervariasi terhadap waktu dan tidak ada suatu sumber muatan dalam medium yang ditinjau.
Untuk mendapatkan resistivitas yang sebenarnya dimana bumi mempunyai resistivitas yang heterogen diperoleh dengan cara membuat model dan diturunkan hubungan antara resistivitas semu dan resistivitas sebenarnya (metode inversi). Beberapa kelebihan CSAMT antara lain dapat memakai sumber buatan (aktif) dan mempunyai interfal frekuensi 0,1 – 10 KHz, sehingga metode ini sangat cocok untuk penelitian pada area panas bumi. CSAMT adalah turunan spesifik konvensional-sumber alam dan audio frekuensi magneto-telurik metode, yang menggunakan sumber buatan (biasanya dalam kisaran 0.1Hz untuk 10kHz) untuk mempercepat akuisisi data dan menyediakan lebih detail dan sinyal yang kuat. Sumber biasanya terdiri baik loop atau panjang dipol membumi hingga beberapa kilometer. Dipole mungkin dikombinasikan dengan kedua ortogonal pemancar dalam rangka menyediakan dua sumber polarisasi. Serentak pengukuran dari lima terpisah parameter yang diambil di setiap lokasi; dua komponen medan listrik dan tiga komponen magnet lapangan. Medan listrik pengukuran diperoleh menggunakan ortogonal dipol sementara magnetik vektor lapangan diukur menggunakan multiturn permeabilitas tinggi koil. Modern instrumen CSAMT juga memungkinkan pengukuran alam dan audiofrequensi sinyal MT dalam rangka memberikan kedalaman eksplorasi diperpanjang rentang (yang frekuensi rendah semakin besar kedalaman penyelidikan). Hasil dari survei CSAMT adalah sering ditampilkan dalam grafik log-log resistivitas semu dan fase terhadap frekuensi. Namun, merencanakan sejumlah konvensi lainnya dapat diterapkan tergantung pada parameter tertentu yang sedang diukur. Kombinasi inversi resistivitas 1D atau fase gabungan / resistivitas inversi mengarah pembentukan 2D pseudosections dari resistivitas terhadap kedalaman. Dalam gambar daerah resistivitas rendah dit ampilkan warna biru. resistivitas tinggi dalam merah.
Hasil dari survey metode CSAMT
3. Metode Elektromagnetik VLF (Very Low Frequency )
Metode konduktif.
elektromagnetik
Perubahan
biasanya
digunakan
komponen-komponen
medan
untuk akibat
eksplorasi
benda-benda
variasi
konduktivitas
dimanfaatkan untuk menentukan struktur bawah permukaan. Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi, pengukuran semacam ini disebut teknik pengukuran aktif. Contoh metode ini adalah Turam elektromagnetik. Metode ini kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarnya sumber yang dibuat. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif, teknik ini memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang tidak secara sengaja dibangkitkan di sekitar daerah pengamatan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 Khz) yang digunakan untuk kepentingan navigasi kapal selam. Teknik ini lebih praktis dan mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas. Inversi Bostick merupakan teknik yang sederhana dan cepat untuk analisis kurva sounding tahanan jenis semu dan fasa dari data megnetotelurik (MT). Pada metode transformasi tersebut informasi mengenai kedalaman diperoleh dari frekuensi pengukuran atau waktu untuk metoda elektromagnet berdasarkan prinsip skin-depth. Kemudian tahanan jenis semu pengukuran ditransformasikan menjadi tahanan jenis efektif sehingga diperoleh tahanan jenis sebagai fungsi dari kedalaman. Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan metode geofisika dengan menggunakan
teknik elektromagnetik yang dirancang untuk mendeteksi objek yang terkubur di dalam
tanah dan mengevaluasi kedalaman objek tersebut. GPR juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi dan karakteristik permukaan bawah tanah tanpa mengebor ataupun menggali tanah. Sistem GPR terdiri atas pengirim (transmitter), yaitu antena yang terhubung ke sumber pulsa (generator pulsa) dengan adanya pengaturan timing circuit , dan bagian penerima (receiver), yaitu antena yang terhubung ke LNA dan ADC yang kemudian terhubung ke unit pengolahan (data processing) serta display sebagai tampilan outputnya. Berdasarkan blok diagram di atas, masing – masing blok mempunyai fungsi yang cukup penting dan saling ketergantungan. Hal ini dikarenakan GPR merupakan suatu sistem mulai dari penghasilan pulsa pada pulse generator lalu melewati blok-blok yang ada kemudian sampai pada blok display dimana kita dapat melihat bentuk dan kedalaman objek yang dideteksi. Namun dalam hal ini antena memegang peranan yang sangat penting karena menentukan unjuk kerja dari sistem GPR itu sendiri. Adapun faktor yang berpengaruh dalam menentukan tipe antena yang digunakan, sinyal yang ditransmisikan, dan metode pengolahan sinyal yaitu : a. Jenis objek yang akan dideteksi b. Kedalaman objek c. Karakteristik elektrik medium tanah atau properti elektrik. Dari proses pendeteksian seperti di atas, maka akan didapatkan suatu citra dari letak dan bentuk objek yang terletak di bawah tanah atau dipermukaan tanah. Untuk menghasilkan pendeteksian yang baik, suatu sistem GPR harus memenuhi empat persyaratan sebagai berikut: a. Kopling radiasi yang efisien ke dalam tanah b. Penetrasi gelombang elektromagnetik yang efisien c. Menghasilkan sinyal dengan amplitudo yang besar dari objek yang dideteksi. d. Bandwidth yang cukup untuk menghasilkan resolusi yang baik. IV.
Manfaat Metode Elektromagnetik dalam Geofisika
1.
Mencari tank baja dikuburkan dan drum limbah
2.
Mendeteksi penghalang besi dan baja
3.
Menemukan mineshafts tanpa tanda
4.
Pemetaan fitur arkeologi
5.
Pemetaan Intrusi batuan beku dan batuan dasar
6.
Mengevaluasi ukuran dan bentuk tubuh bijih logam
DAFTAR PUSTAKA
http://asyafe.wordpress.com/2009/06/08/mengenal-parameter-fisika-on-metoda-geofisika/ (diakses pada tanggal 15 maret 2012 pukul 11:18pm) http://cahayabelida.blogspot.com/2011/04/metode-metode-dalam-survei-geofisika.html
(diakses
pada
tanggal 15 maret 2012 pukul 11:20pm) http://geofisika-ceria.blogspot.com/2010/12/teknik-survei-magnetik.html (diakses pada tanggal 15 maret 2012 pukul 11:22pm) http://dennynatalian.blogspot.com/2010/05/metode-metode-dalam-survei-geofisika.html (diakses pada tanggal 15 maret 2012 pukul 11:33pm)
