LAPORAN PRAKTIKUM METODE SEISMIK
Disusun Oleh: Nama : AULIA RAHMAN FAUZI Nim : 135090701111007 135090701111007 Fak/Jurusan : MIPA/FISIKA Kelompok :1 Nama Asisten : MUHAMMAD RAHMAWAN
LABORATORIUM GEOFISIKA JURUSAN FISIKA-FMIPA UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG
i
Daftar Isi BAB I Pendahuluan......................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ..................................................................... 1 1.2 Tujuan .................................................................................. 1 1.3 Rumusan maalah ................................................................. 1 1.4 Manfaat Masalah ................................................................. 2 1.5 Batasan Masalah.................................................................. 2 BAB II Dasar Teori .......................................................................... 3 2.1 Gelombang Seismik ............................................................. 3 2.2 Seismik Refraksi ................................................................... 5 BAB III Metodologi ......................................................................... 7 3.1 Waktu dan Tempat .............................................................. 7 3.2 Alat dan Bahan .................................................................... 8 3.3.1 Langkah Akuisisi ........................................................... 9 3.3.2 Pengolahan Data .......................................................... 10 3.3.3 Interpretasi Data .......................................................... 10 BAB IV Pembahasan ....................................................................... 11 4.1 Penganalan Alat Seismik ...................................................... 11 4.2 Teknik Pengambilan Data .................................................... 11 4.3 Prinsip Pengolahan data ...................................................... 12 4.4 Interpretasi Data Seismik ..................................................... 13 BAB V Penutup ............................................................................... 14 5.1 Kesimpulan .......................................................................... 14 5.2 Saran .................................................................................... 14
ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Metode seismik merupakan salah satu metode geofisika aktif yang memanfaatkan penjalaran gelombang berdasarkan sifat elastisitas mediumnya. Konsep dasar teknik seismik dapat dijelaskan sebagai berikut yaitu apabila suatu sumber gelombang dibangkitkan di permukaan bumi. Akibat material bumi yang bersifat elastik maka gelombang seismik yang terjadi akan dijalarkan ke dalam bumi dalam berbagai arah. Pada bagian batas antar lapisan, gelombang ini sebagiannya dipantulkan dan sebagian lain dibiaskan untuk diteruskan ke permukaan bumi. Dipermukaan bumi gelombang tersebut akan diterima oleh serangkaian detektor (geophone) yang umumnya disusun membentuk garis lurus dengan sumber ledakan (profil line), selanjutnya dicatat/direkam oleh suatu alat seismogram. Dengan didapatkan waktu tempuh gelombang dan jarak antar geophone dan sumber ledakan, maka struktur lapisan geologi di bawah permukaan bumi dapat diperkirakan berdasarkan besar kecepatannya. Metode seismik ini terdiri dari seismik refraksi (bias) dan seismik refleksi (pantul). Seismik refraksi digunakan dalam pengukuran bentuk lapisan dibawah permukaan, perlapisan bawah permukaan diketahui berdasarkan cepat rambat gelombang seismik pada setiap lapisan. Metode ini dipergunakan untuk mendeteksi perlapisan dangkal, sehingga metode ini tidak dapat dipergunakan pada daerah dengan kondisi geologi yang kompleks. Untuk seismik refleksi untuk penentuan struktur lapisan bumi yang dalam sehingga metode seismik refleksi memberikan kontribusi yang besar dalam menentukan titik pemboran minyak dan gas bumi serta telah menunjukkan keberhasilannya dalam meningkatkan success ratio dalam penemuan migas. Mengingat kemampuannya yang baik untuk menggambarkan bidang batas perlapisan di bawah permukaan. Sebagai seorang mahasiswa geofisika tentunya menjadi suatu hal yang wajib untuk mempelajari metode seismik ini, dan untuk mendukung pembelajaran terhadap metode seismik, diyang dapat membantu mahasiswa dalam pemahaman metode seismik serta penerapannya di lapangan. 1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari praktikum metode seismik ini adalah agar praktikan dapat: 1. Memahami konsep dasar beserta prinsip dasar metode seismik 2. Melakukan akuisisi data metode refraksi dengan benar 3. Menginterpretasikan data metode seismik refreksi 1.3 Rumusan Masalah
Untuk mencapai tujuan diatas, maka rumusan masalah yang diinginkan dalam praktikum ini adalah : 1
1. Bagaimana konsep dasar serta prinsip dasar pengukuran metode seismic ? 2. Bagaimana cara akuisisi data pada metode seismic refraksi dengan benar ? 3. Bagaimana interpretasi dari data yang didapat dari akuisisi ? 1.4 Manfaat Masalah
Adapun manfaat yang dapat diambil setelah melakukan praktikum metode seismik ini adalah mahasiswa geofisika universitas brawijaya dapat memahami konsep dasar dari mulai akuisisi, pengolahan serta interpretasi data metode seismik refraksi maupun reflaksi sebagai pengalaman langsung dilapangan. 1.5 Batasan Masalah
Untuk menjaga agar pembahasan tidak menyimpang dari tujuan awal, maka batasan masalah yang digunakan adalah : 1. Praktikum Metode Seismik ini menggunakan prinsip seismic refraksi, yang analisa nya sedikit berbeda dengan seismic refleksi 2. Pembahasan berupa cara akuisisi data seismic refraksi yang benar hingga interpretasi yang rasional dan tepat.
2
BAB II Dasar Teori 2.1 Teori Dasar 2.1.1 Gelombang Seismik
Gelombang seismik merupakan gelombang elastik yang menjalar ke seluruh bagian dalam bumi dan melalui permukaan bumi akibat adanya lapisan batuan yang patah secara tiba -tiba atau adanya ledakan. Gelombang utama gempabumi terdiri d ari dua tipe yaitu gelombang badan (body wave) dan gelombang permukaan (surface wave). -Gelombang Badan (Body wave). Gelombang badan merupakan gelombang menjalar melalui bagian dalam bumi dan biasanya disebut free wave karena dapat menjalar ke segala arah di dalam bumi. Gelombang badan terdiri dari gelombang primer dan gelombang sekunder. - Gelombang primer Gelombang primer Gelombang primer merupakan gelombang longitudinal atau gelombang kompresional, gerakan partikel sejajar dengan arah perambatannya.Sedangkan gelombang sekunder merupakan gelombang transversal atau gelombang shear, gerakan partikel terletak pada suatu bidang yang tegak lurus dengan arah penjalarannya. Gelombang kompresional disebut gelombang primer (P) karena kecepatannya paling tinggi antara gelombang lain dan tiba pertama kaligelombang atau getaran yang merambat di tubuh bumi dengan kecepatan antara 7-14 km/detik. Getaran ini berasal dari hiposentrum Gelombang Primer (P Wave) ini menjalar akibat adanya penekanan dan peregangan. Kalau dilihat di gambar terlihat bergetar menekan dan meregang. kalau anda menghadap ke kiri maka goyangan tersebut berarah kiri-kanan atau maju-mundur (tergantung dimana arah menghadapnya). Gelombang primer ini memiliki kecepatan rambat sekitar 8 km/detik. Gelombang inilah yg akan dirasakan lebih dahulu ketika gempa, karena dia akan datang lebih dulu dibanding penjalaran gelombang yang lain. -Gelombang sekunder Gelombang sekunder (gelombang transversal) adalah gelombang atau getaran yang merambat, seperti gelombang primer dengan kecepatan yang sudah berkurang,yakni 4-7 km/detik. Gelombang sekunder tidak dapat merambat melalui lapisan cair. gelombang shear disebut gelombang sekunder (S) karena tiba setelah gelombang P Gelombang Sekunder (S Wave) ini menjalar seperti gelombang air yang mengalun-alun. Menjalar naik-turun. Jadi gelombang ini melempar-lemparkan keatas kebawah ketika anda merasakan adanya gempa. Gelombang Sekunder ini memilki kecepatan penjalaran sekitar 4 Km/detik, tentunya akan dirasakan lebih lambat dari Gelombang Primer. Namun gelombang sekunder ini memiliki lebar goyangan (amplitudo) yg besar sehingga gelombang ini akan memilki kekuatan yg sangat besar dalam merontokkan bangunan, juga mengakibatkan longsoran tebing-tebing yang curam.
3
-Gelombang Permukaan (Surface wave). Gelombang permukaan merupakan gelombang elastic yang menjalar melalui permukaan bebas yang disebut sebagai Tide Waves. Gelombang permukaan terdiri dari : - Gelombang Love Gelombang love merupakan gelombang yang menjalar di permukaan bumi yang karakteristiknya memiliki pergerakan yang mirip dengan gelombang S, yaitu arah pergerakan partikel medan yang dilewati arahnya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. Yang membedakan adalah lokasi perambatan gelombang cinta terdapat di permukaan bumi. Dan getarannya secara lateral (mendatar) - Gelombang Rayleigh Gelombang Rayleigh gelombang permukaan juga yang arah pe rgerakan partikelnya bergerak berputar di permukaan. 2.1.2 Hukum Dasar
Bentuk muka gelombang seismik untuk jarak yang jauh dari sumber dapat dianggap datar. Dengan demikian rambatan gelombang seismik dapat diperlakukan bagaikan sinar seismik. Berkas sinar seismik di dalam medium mematuhi pula hokum-hukum fisika pada sinar optic seperti hukum Snellius, hokum Huygens dan Azas Fermat, yang secara singkat dapat dikatakan sebagai berikut: a. Azas fermat sinar gelombang selalu melintas pada lintasan optik yang terpendek (garis lurus). b. Hukum Huygens setiap titik pada muka gelombang akan menjadi sumber gelombang baru c. Hukum Snellius 1) Gelombang datang, gelombang pantul dan gelombang bias terletak pada satu bidang 2) Sudut pantul sama dengan sudut datang 3) Sinus sudut bias sama dengan sinus sudut datang kali perbandingan kecepatan medium pembias terhadap kecepatan medium yang d ilalui gelombang datang. 2.1.3 Asumsi Dasar
Medium bawah permukaan bumi : a. Medium bumi dianggap berlapis-lapis dan tiap lapisan menjalarkan gelombang seismik dengan kecepatan berbeda
4
b. Makin bertambahnya kedalaman batuan lapisan bumi maka lapisannya makin padat. Penjalaran gelombang seismik : a. Panjang gelombang seismik jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan ketebalan lapisan bumi. Sehingga memungkinkan setiap lapisan bumi akan terdeteksi. b. Gelombang seismik dipandang sebagai sinar seismik yang memenuhi Hukum Snellius dan Prinsip Huygens. c. Kecepatan gelombang bertambah dengan bertambahnya kedalaman d. Pada bidang batas antar lapisan, gelombang seismik menjalar dengan kecepatan gelombang pada lapisan bawahnya.
2.2 Seismik Refraksi
Bila gelombnag 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 (PP), gelombang S-refraksi (PS). Dari hukum Snellius yang diterapkan pada kasus tersebut diperoleh
:
Gambar 1: Pemantulan dan pembiasan gelombang 2.2.1 Pembiasan pada Bidang Batas Lapisan
Perinsip utama metode refraksi adalah penerapan waktu tiba pertama ge lombang baik langsung maupun gelombang refraksi. Mengingat kecepatan gelombang P lebih besar
5
daripada gelombang S maka kita hanya memperhatikan gelombang P. Dengan demikian antara sudut datang dan sudut bias menjadi :
Pada pembiasan kritis sudut r = 90º sehingga persamaan menjadi :
Hubungan ini dipakai untuk menjelaskan metode pembiasan dengan sudut datang kritis. Gambar 2 memperlihatkan gelombang dari sumber S menjalar pada medium V , dibiaskan kritis pada titik A sehingga menjalar pada bidang batas lapisan. Dengan memakai perinsip Huygens pada bidang batas lapisan, gelombang ini dibiaskan ke atas setiap titik pada bidang batas itu sehingga sampai ke detektor P 1 yang ada di permukaan.
Gambar 2: Pembiasan dengan sudut datang kritis Jadi gelombang yang dibiaskan di bidang batas yang datang pertama kali di titik P pada bidang batas diatasnya adalah gelombang yang dibiaskan dengan sudut datang kritis.
6
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1
Waktu dan Tempat Percobaan
Praktikum Metode Seismik ini dilaksanakan di ruang MC 3.3 Fakultas MIPA dan lahan kosong di belakang gedung Jurusan Teknologi Hasil Pertanian (THP), Fakultas Teknologi Pertanian (FTP), Universitas Brawijaya. Waktu pelaksanaannya adalah pada tanggal 28 Maret 2016, 1 April 2016 dan 15 April 2016. Tanggal 28 Maret 2016 merupakan briefing sekaligus pendahuluan di MC 3.3 FMIPA, tanggal 1 April 2016 pembuatan desain survey di belakang gedung THP, dan tanggal 15 April pengambilan data/akuisisi. 3.2
Peralatan
Akuisisi atau pengambilan data di lapangan menggunakan beberapa peralatan, diantaranya : 1 palu seismik seberat 20kg beserta lempengan baja, 3 buah geophone, kabel penghubung, seismometer OYO McSeis 3 model 1817, meteran, tali rafia, 1 GPS Garmin Etrex , 1 komputer/laptop, dan alat tulis.
Gambar 3.1 Palu Seismik
Gambar 3.2 Lempengan Baja
Gambar 3.2 GPS Garmin Etrex 30
Gambar 3.3 Meteran
7
Gambar 3.4 Seismometer OYO McSeis 3 model 1817 beserta kabel penghubung dan geofon. 3.3
Langkah Percobaan
Pada tahapan akuisisi dalam praktikum Metode Seismik ini, akuisisi dilakukan dengan 1 bentang line dan panjangnya 20 m. Digunakan 3 geophone dengan jarak antar geophone yaitu 2 meter. Line yang digunakan ini segaris antara sumber seismik dengan 3 geophone nya. Pengukuran dilakukan dengan dua mode yaitu forward dan reverse. Untuk forward, sumber seismik berada di depan geophone (off end spread) sedangkan reverse, sumber seismik berada di belakang geophone (end on spread) dan hanya berbalik arah dari forward measurement. Sumber seismik yang digunakan yaitu dengan dentuman palu seismik yang sudah disiapkan yang dipukulkan diatas lempengan baja
Gambar 3.5 Rangkaian alat saat akuisisi seismik refraksi Setelah alat dirangkai dan saling dihubungkan, termasuk geophone sudah ditanam dengan spasi yang sudah ditentukan, maka koordinat geofon diukur dan dicatat. Lalu plat baja dipukul dengan palu seismik. Sayangnya, pada akuisisi kali ini kabel yang menghubungkan palu dengan seismometer putus sehingga praktikan hanya dapat menggunakan cara akuisisi internal, dimana cara ini biasanya hanya dilakukan untuk pengecekan fungsi Geophone. Sebagai kekurangannya, akan lebih banyak noise yang timbul dan sensitivitas alat terhadap getaran utama menjadi 8
terganggu. Pemukulan juga tidak dilakukan sembarangan, namun sampai menghasilkan bunyi yang nyaring dan tunggal (tanpa perulangan) agar dapat terekam pada seismometer. Parameter yang diukur dan dicatat adalah waktu tiba pertama gelombang seismik atau first break time yang terekam pada alat OYO McSeis 3. Setelah diambil data pada 3 titik pertama, dilanjutkan ke titik berikutnya hingga semua titik pada bentangan line selesai terukur. Kemudian pengukuran dilakukan dengan berbalik arah (reverse) sampai kembali pada titik yang pertama kali diukur.
3.3.1 Langkah Akuisisi Data
Briefing
Penentuan & Marking Titik pengukuran
Marking
Pemasangan & Pengecekan Alat
Pengambilan Data
Data Seismik
9
3.3.2 Langkah Pengolahan Data
Data yg akan diolah disiapkan
Buka Software Matlab
Buka Script Hagiwara
Jalankan Script dengan data yg akan diolah
Tentukan nilai dan posisi Breakpoint pada kurva Travel time
Peta 2D 3.3.3 Interpretasi Data
Peta 2D
Kedalaman
Ketebalan
Kecepatan
10
BAB IV Pembahasan dan Kesimpulan 4.1 Pengenalan Alat Seismik
Palu Seismik adalah palu yang digunakan untuk memukul source untuk menghasilkan gelombang seismik. Bentuknya seperti palu pada umumnya tetapi dengan ukuran dan berat yang lebih besar. Beratnya sendiri sekitar 10-15 kg. Palu seismik ini dihubungkan pada sensor yang nantinya akan dihubungkan ke seismometer. Seismometer adalah alat yang digunakan untuk merekam adanya gelombang seismik. seismometer sendiri ada yang manual ada yang digital. Seismometer yang digunakan pada praktikum ini adalah seismometer digital yaitu OYO Mcoms. GPS atau Global Positioning System adalah alatyang digunakan untuk menentukan letak dan posisi serta ketinggian dari suatu tempat di permukaan bumi. Prinsip kerjanya adalah dengan mengestimasi jarak dari beberapa satelit. Dari situ dapat diketahui posisi dan ketinggiannya. Geophone adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gelombang seismik yang nantinya akan dihubungkan ke seismometer. Dalam praktikum ini digunakan 3 buah geophone sebagai sensor. 4.2 Teknik Pengambilan Data
Akuisisi data dilakukan berdasarkan desain survei dengan lintasan sepanjang 20 m searah Timur-Barat sebagai line utama dan 2 buah line melintang terhadap line utama sepanjang 10 m. Akuisisi dilakukan dengan sumber berada di ujung line utama bagian Barat dan geophone sepanjang garis utama dan dilakukan pengambilan data. Kemudian Sumber diletakkan di ujung bagian Selatan line 10m dan dilakukan pengambilan data. Setelah itu sumber diletakkan dari ujung sebelah Timur line utama dan kemudian diambil datanya. Tujuan digunakannya 2 buah line tambahan 10 m pada line utama adalah untuk dilakukan interpolasi dan mendapatkan peta 3D daerah survei. Tetapi pada prakteknya saat akan dilakukan pengambilan data terdapat kesalahan teknis yaitu kerusakan sambungan kabel antara palu seismik dan sensor. Maka dri itu pengambilan data dilakukan hanya
untuk memberikan gambaran kepada praktikan tentang cara melakukan
pengambilan data seismik. Dan data yang akan digunakan untuk pengolahan disediakan oleh asisten. Dimana data yg diberikan tidak lengkap. Dimana infomasi tempat,waktu,desain survei tidak diberikan. Maka dari itu tidak dapat dibahas lebih lanjut terkait pengambilan datanya. 4.3 Prinsip Pengolahan data Seismik
Pengolahan
data
seismik
dilakukan
dengan
Software
matlab,dengan
Script
Hagiwara.Pengolahan Sendiri menggunakan kurva travel time dari pengukuran forward mode dan reverse mode yg di korelasikan untuk menghadapi la pisan dengan kemiringan. Dari kurva travel time tersebut kemudian dibuat peta 2D yang bersikan informasi tentang kedalaman lapisan dan kecepatan rambat gelombang seismik di lapisan itu. Dari informasi kecepatan rambat gelombang ni nantinya akan bisa didapatkan kerapatan atau densitas batuan pada lapisan tersebut. Dan dari data densitas batuan kita dapat mengetahui batuan penyusun di lapisan terseb. Atau dengan
11
mengkorelasikannya dengan peta geologi yg ada untuk mengetahui litologi batuan di daerah yg lebih luas. 4.4 Interpretasi Data Seismik
Gambar 4.1 Peta 2D Hasil Pengolahan Data
Dari Peta 2D akan kita dapatkan kedalaman dari lapissan 1 dan 2.Dari situ juga bisa didapatkan berapa ketebalan lapisan tersebut. Bila ingin di analisa lebih lanjut kita bisa mendapatkan rapat massa atau densitas batuan pada lapisan1 dan 2 berdasarkan kecepatan rambat gelombang di lapisan itu. Dan dari nilai densitas kita dapat menentukan jenis batuan penyusun dari lapisan-lapisan tersebut.Dengan mengkorelasikannya dengan peta geologi daerah malang kita dapat melakukan cross check hasil interpretasi kita dan sekaligus mengetahui litologi batuan di dalam area yang lebih luas.
12
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Dari hasil praktikum ini dapat disimpulkan bahwa data yang kita miliki hanya dapat mencapai kedalaman 15 m. Hal ini dimungkinkan bergantung pada kuat atau lemahnya sumber yang kita miliki. Tentang prinsip dasar dari percobaan ini sendiri memanfaat kan sifat reflektif gelombang terhadap suatu bidang. 5.2 Saran
Disarankan sebelum praktikum dimuali dilakukan pengecekan terlebih dahulu terhadap alat yang akan digunakan. Kemudian tentang informasi dari data yg diberikan seharusnya ditanyakan,seperti tempat akuisisi,desain survei yang digunakan,jumlah geophone yg digunakan dll.
13
