METODE ELEKTROMAGNETIK VERY LOW FREQUENCY (VLF)
I. Pendahuluan
Metode VLF merupakan salah satu metode elektromagnetik (EM) yang bertujuan untuk mengukur daya hantar hantar listrik listrik (konduktivitas (konduktivitas)) batuan dengan cara mengetahui melalu melaluii penguku pengukuran ran sifatsifat-sif sifat at gelomb gelombang ang EM sekunde sekunderr !elomb !elombang ang sekund sekunder er ini dihasilkan dari induksi EM sebuah gelombang EM bidang primer yang berfrekuensi sang sangat at renda rendah h dari dari "# samp sampai ai $# %&' %&' %aren %arenaa renda rendahn hnya ya nila nilaii frek frekue uens nsii yang yang digunakan digunakan maka jangkau jangkau frekuensi dikelompok dikelompokkan kan ke dalam kelompok kelompok VLF (Very (Very Lo Fre*uency) Metode ini memanfaatkan gelombang pembaa (carrier (carrier wave) wave) dari pemancar yang dibuat oleh militer yang sebenarnya digunakan untuk komunikasi dan navigasi kapal selam baah laut !elombang ini memiliki penetrasi yang cukup dalam karena frekuensinya yang cukup rendah !elombang VLF menjalar ke seluruh dunia dengan atenuasi yang kecil dalam pandu gelombang antara permukaan bumi dan ionosfer %arena induksi gelombang primer tersebut di dalam medium konduktif akan timbul arus induksi (arus Eddy) +rus induksi inilah yang menimbulkan medan sekunder yang dapat ditangkap di permukaan ,esarnya kuat medan EM sekunder ini sebanding dengan besarnya daya hantar listrik batuan (σ ) ) sehingga dengan mengukur kuat medan pada arah tertentu secara tidak langsung kita dapat mendeteksi daya hantar listrik batuan di baahnya etel etelah ah meng mengik ikut utii kelas kelas ini ini peser peserta ta dihar diharap apkan kan dapat dapat mela melakuk kukan an pros proses es pengambilan pengolahan dan interpretasi sederhana data VLF di lapangan dan di dalam labora laborator torium ium serta serta dapat dapat mengope mengoperas rasika ikan n perala peralatan tan .-VLF ,/!M ,/!M secara secara baik baik dan benar
Pe!e"#an$an Me%&da VLF
Fakta baha sifat kelistrikan tanah mempengaruhi penjalaran gelombang radio telah telah diketa diketahui hui selama selama bertah bertahunun-tah tahun un 0enguku 0engukuran ran kondukt konduktivi ivitas tas dan konsta konstanta nta dielek dielektri trik k bumi bumi dengan dengan menggun menggunaka akan n teknik teknik wave-tilt dilakuk dilakukan an pertam pertamaa kali kali pada pada tahun "1$# 2,arfield ("1$3)4 0engukuran aal ini masih dilakukan pada frekuensi relatif relatif tinggi tinggi sehingga sehingga penetrasi penetrasi kedalaman kedalaman yang dihasilkannya dihasilkannya dangkal dangkal Frolov Frolov ("15") "
menggun menggunaka akan n sinyal sinyal yang yang dipanc dipancark arkan an oleh oleh stasi stasiun un broadcasting untuk melakukan pemetaan geologi metode ini dikenal sebagai metode gelombang radio (the (the radio-wave method ) ) 0aal ("156) melakukan penelitian baha gelombang radio pada frekuensi VLF (secara teknis berada pada pita $-$# k&' tetapi faktanya dibatasi hanya sampai "6-$# k&' oleh oleh pemanca pemancarr berday berdayaa tinggi tinggi yang yang ada) ada) dapat dapat digunak digunakan an untuk untuk menye menyelid lidiki iki kelistrikan tubuh mineral konduktif 7engan survei yang dilakukan di atas tubuh mineral yang yang telah telah diketa diketahui hui dengan dengan menggun menggunaka akan n alat alat field-intensitymeter terkalibrasi 0aal menunujukkan baha medan magnetik horisontal VLF dikuatkan lebih besar di atas struktur konduktor sedangkan modulus komponen medan magnetik vertikalnya menjadi minimum 0ada lokasi tersebut terjadi penyimpangan maksimum jarum kompas yang disebabkan disebabkan oleh komponen komponen medan magnetik vertikal vertikal 0aal juga mengenalkan mengenalkan pengaruh adanya adanya konsistens konsistensii terhadap terhadap respon respon dari suatu arus yang terinduksi terinduksi oleh gelombang gelombang elektr elektromag omagnet netik ik (medan (medan radio) radio) dan berger bergerak ak sepanj sepanjang ang batas batas puncak puncak dari dari target target 0engu 0enguku kura ran n kuat kuat meda medan n yang yang dila dilakuk kukan an 0aal 0aal di daer daerah ah pert pertam amba bang ngan an mesk meskip ipun un terganggu oleh adanya gangguan (noise (noise)) yang berasal dari mesin kabel mineral dsb ternyata baha kuat medan horisontal pada kedalaman 896 meter masih sekitar 86 persen dari nilai di permukaan dari hasil tersebut 0aal menyimpulkan baha tubuh mineral dapat dideteksi di baah kedalaman sekitar "## meter meter 0ada tahun "153 /onka (0aterson dan /onka "19") memperkenalkan pertama kali kali inst instru rume men n ground VLF secara secara komers komersial ial dan dalam dalam bebera beberapa pa tahun tahun kemudi kemudian an instrumen yang sama juga telah dibuat oleh perusahaan-perusahaan lain ampai dengan tahun tahun "151 beberapa beberapa sistem sistem airborne VLF juga telah diterbangkan secara komersial emua instrumen instrumen ini baik yang di tanah atau di udara pada dasarnya dasarnya mengukur mengukur tiltangle medan angle medan magnetik atau kuat medan magnetik vertikal dan horisontal sehingga dapat untuk mendeteksi adanya target konduktif 0endekatan yang berbeda dilakukan oleh :oll :ollet ettt dan dan ,eck ,ecker er ("159 ("159) ) Mere Mereka ka memp memper erke kenal nalkan kan meto metode de Radiohm yang yang pada pada dasarn dasarnya ya adalah adalah tipe tipe instru instrumen men magnetotelluric yang yang menggu menggunaka nakan n pemanca pemancarr VLF sebaga sebagaii sumber sumber sinyal sinyal ;nstru ;nstrumen men ini mempuny mempunyai ai kelebi kelebihan han karena karena menggun menggunaka akan n sumber yang koheren dan pengukuran terhadap sudut fase antara medan listrik dan magnet magnetik ik diukur diukur secara secara akurat akurat sehing sehingga ga dapat dapat diguna digunakan kan untuk untuk interp interpret retasi asi .idak .idak seperti instrumen terdahulu yang bekerja satu per satu terhadap komponen-komponen medan magnetik /adiohm secara langsung mengukur impedansi gelombang dari hasil 8
ini resisitivitas medium dapat diturunkan sehingga dapat digunakan untuk pemetaan geologi berdasarkan perbedaan nilai resistivitas medium 0ada tahun yang sama ,arringer ("19$) telah menggunakan sistem airborne Radiophase dan E-phase VLF untuk survei geofisika istem ini menggunakan medan listrik vertikal sebagai acuan fase dan E-phase yang secara unik mengukur komponen quadrature medan listrik dari hasil tersebut sekali lagi resistivitas medium dapat diturunkan 0ada tahun "193 .ilsley ("19$) menyarankan penggunaan pemancar VLF portabel sebagai alat tambahan selain pemancar VLF reguler yang sudah ada 0emancar portabel ini dimanfaatkan pada saat komponen medan magnetik dari pemancar VLF yang tersedia sangat kecil efeknya terhadap target Mc
gilvy et al ("11") menerapkan teknik VLF-/ untuk memetakan saluran lubang udara di baah tanah dan sekaligus detil stratigrafi formasi di sekitar lubang tersebut 7ari dua pengukuran yaitu polarisasi-E dan polarisasi-& yang dilakukan ternyata respon dari polarisasi-& menunjukkan hasil yang sangat baik namun tidak demikian dengan polarisasi-E .eknik pengolahan data metode VLF mempunyai peranan penting dalam pendeteksian batas konduktor yang merupakan masalah utama dalam penyelidikan mineral ,eberapa teknik pengolahan berdasarkan filter linier telah dibuat untuk mengatasi masalah ini Fraser ("151) memperkenalkan suatu filter gradien horisontal yang memperkuat anomali dengan panjang gelombang lima kali dari jarak antar stasiun dan merubah dari data profil menjadi lebih sederhana dalam bentuk data terkontur %orous dan &jelt ("1=$) memperluas filter Fraser ini dengan cara menentukan koefisien $
filter sehingga dapat menghitung densitas arus penampang melintang (cross-section) yang diperoleh dari data pengamatan in-phase (riil) >gilvy dan Lee ("11") mengevaluasi teknik ini dengan menggunakan berbagai macam model dua dimensi struktur baah permukaan Meskipun dari teknik pengolahan di atas dapat digunakan untuk menentukan posisi sumber medan vertikal namun tidak menghasilkan parameter fisik yaitu konduktivitas atau resistivitas
Mc
transformasi yang berfungsi untuk mengkonversi data magnetik VLF-EM ke dalam konduktivitas semu edangkan :houteau et al ("115) mengusulkan transformasi yang mengkonversi pengukuran VLF-EM ke dalam resistivitas semu Eisler ("191) merumuskan suatu perhitungan untuk mereduksi efek topografi yang diperoleh khususnya dari data pengukuran VLF-EM dengan asumsi baha sumber sangat jauh 7engan perhitungan ini pengaruh relief dapat dipisahkan dari tubuh konduktif lokal penyebab anomali 0erkembangan metode VLF yang tidak kalah pentingnya adalah teknik interpretasi secara kuantitatif 0ada aalnya interpretasi kuantitatif masih berpijak pada kurva standar kemudian dengan berkembangnya bahasa pemrograman dan fasilitas komputer yang semakin baik interpretasi kuantitatif telah beranjak menuju pemodelan berdasar perhitungan numerik 0ada tahun "19" Madden dan Vo'off mempublikasikan suatu ensiklopedi tentang data dan kurva-kurva pengukuran VLF kemudian artikelartikel berikutnya membahas tentang retas (dye) konduktif dua dimensi(87) di dalam medium konduktif (>lsson "1=#? %aikkonen "191? aydam "1="? 0oddar "1=8) .eknik pemodelan 87 berdasar perhitungan numerik pada dasarnya dapat dibagi dalam tiga metode yaitu @ (a) metode elemen hingga ( finite element ) dan beda hingga( finite difference) dengan model diskret (b) penggunaan rumus persamaan integral hanya pada daerah anomali konduktif yang diasumsikan diskret (c) teknik hamburan matriks fungsi eigen (eigenfunction) gelombang bidang dengan model sederhana seperti silinder balok atau pembajian dalam lapisan bumi (
3
II. Te&' Ele!%&"a$ne%'! VLF
0ersamaan MaAell dalam bentuk hubungan vektor medan listrik dan magnetik dapat digunakan untuk memahami perambatan gelombang 7ua diantara empat persamaan MaAell tersebut adalah
∂( ∇× E B − ∂t
(")
∇× H ! J C
∂D ∂t
(8)
dengan J B densitas arus (+mpereDmeter 8) E B intensitas medan listrik (VoltDmeter) B B densitas fluks magnetik (eberDmeter 8) H B intensitas medan magnetik (+mpereDmeter) D B pergeseran listrik (:oulombDmeter) 0ersamaan (") adalah bentuk matematis dari
hukum Faraday yang menyatakan baha medan listrik timbul di daerah medan magnetik yang merupakan fungsi aktu 0ersamaan (8) adalah bentuk matematis dari hukum +mpere yang menyatakan baha medan magnetik yang terjadi di dalam suatu ruang ditimbulkan oleh aliran arus serta medannya berbanding lurus dengan arus total (konduksi dan pergeseran) di daerah tersebut 7engan menerapkan identitas vektor
∇ "∇ × A ! # pada kedua persamaan
tersebut akan didapatkan persamaan medan yang merupakan fungsi aktu yaitu
∇ "∇ × E ! − ∇ ⋅
∂( ∂( ∇ ⋅ () =− = # $ sedangkan ∂t ∂t ($)
.*
7engan cara yang sama diperoleh
∇⋅+ +∇⋅
∂D ∂ ( ∇ ⋅ D) = ∇⋅+ + = #" ∂t ∂t
7ivergensi arus sama dengan laju akumulasi muatan atau
∇ " J ! -
∂ρ " ∂t
0ada daerah yang memiliki konduktivitas tertentu muatan tidak akan terakumulasi pada daerah tersebut selama ada aliran arus 7ari kejadian tersebut menjadikan
∂ρ B# ∂t
sehingga ∇ " J diabaikan 7ivergensi dari D adalah
∇ " D ! ε ε o % ∇" E & ! #
(3)
&ubungan antara B dan H adalah sebagai berikut B ! µ µ o H
(6) 6
0ada persamaan (3) dan (6) $ µ ' µ o B (r B permeabilitas magnetik relatif dari suatu medium ε ' εo B &enryDmeter)
ε r B kapasitas dielektrik relatif µ # B permeabilitas ruang hampa (3π×"#-9
ε o B kapasitas ruang hampa (==63 × "#-"8 FaradDmeter) 7alam medium
homogen isotrop hubungan tersebut menjadi $ D ! ε E $ J ! σ E B ! µ H
(5)
dengan σ B konduktivitas (mhoDmeter) dan persamaan (") dan (8) dapat disederhanakan menjadi
∂, & ∂t ∂E ∇ × H ! σ E ) ε % & ∂t ∇ × E ! - µ %
(9)
(=a)
0ada keadaan tertentu apabila terdapat sumber arus bebas J # yang tidak berhubungan dengan medan magnetik (misal dari 0 peralatan sumber daya dll) persamaan (=a) menjadi
∇ × H ! J # ) σ E ) ε %
∂E & ∂t
(=b)
7engan menerapkan operasi kurl pada persamaan (9) dan (=a) serta dengan menggunakan identitas vector
∇ × ∇ × A ! ∇ % ∇" A & - ∇ " ∇ A ! ∇ % ∇" A & - ∇ * A
(1)
akan didapatkan
∂E ∂E & ∇ E ! µ % ∂t & % ∇ × H & ! µ σ % & ) ε µ % ∂t ∂t *
8
∂
("#a)
8
∂, ∂, ∇ H = - σ % ∇ × E & - ε % ∂t & % ∇ × E ! µ σ % & ) ε µ % & ∂t ∂t *
8
∂
8
("#b)
+pabila fungsi aktunya dipilih sebagai sinusoidal maka E(t) B E# e jωt ,(t) B ,# e jωt (
∂, ∂E ) B jωE ( ) B jω, ∂t ∂t
dengan ω B 8πf B frekuensi sudut dari medan elanjutnya persamaan ("#a) dan ("#b) disederhanakan dalam bentuk
∇ * E ! + ω µ σ E - ω * ε µ E
%,,&
∇ * H ! + ω µ σ H - ω * ε µ H
("8)
5
0ersamaan ("") dan ("8) adalah persamaan elektromagnetik untuk perambatan vektor medan listrik dan magnetik di dalam medium homogen isotrop yang memiliki konduktivitas σ permeabilitas µ dan kapasitas ε "
A%enua-' Medan VLF
!elombang akan mengalami
peredaman dalam penjalarannya pada medium
namun tidak pada ruang hampa &al ini dapat diterangkan sebagai berikut +nggap baha besar relatif parameter ε $ µ $ ω dan σ katakanlah nilai normal maksimum ε terjadi pada air dimana ε ' ε o ! # sedangkan untuk batuan pada umumnya bernilai kurang dari "# 7engan cara yang sama µ , ' µ o
≤ . terjadi pada mineral ferromagnetik? namun
secara umum bernilai satu ehingga ε ≈ ,#
×
"#-= &enryDmeter 7i udara
ε # ≈ / × ,#-,, FaradDmeter µ ≈ ,# µ # ≈ ,$.
σ ! #$ ε ! ε o dan µ ! µ o sehingga faktor ω * ε µ pada
persamaan ("") dan ("8) adalah sekitar 8 × "#-9 yang menunjukkan atenuasi yang sangat kecil sekali di udara %onduktivitas batuan dan mineral sangat bervariasi 7alam batuan dengan konduktivitas rendah ε ! ,#
ε o µ ! µ o dan σ ≈ "#-$ mhoDmeter sedangkan nilai
untuk ω ! ,$. × ,#0 (untuk nilai f B 8#### &') sehingga
∇ * E ≈ %-* × ,#-1 ) * × ,#-2 +&
E ≈ # 7alam suatu daerah yang memiliki kandungan sulfida atau grafit
mhoDmeter maka
σ≈
"#-$
∇ * E ≈ %-* × ,#-1 ) *## +& E ≈ *##+ E 7engan membandingkan
persamaan ("") dan ("8) akan terlihat hubungan yang serupa untuk , elanjutnya bagian real yang nilainya relatif sangat kecil akan diabaikan ebagai hasilnya di dalam udara dan batuan yang berkonduktivitas rendah akan didapat
∇ * E ≈ #$ ∇ * H ≈ #
("$)
namun dalam batuan yang memiliki sifat konduktor yang baik persamaan ("#a) dan ("#b) dapat ditulis sebagai
∇ * E ≈ µσ %
∂, ∂E E H & ≈ +ωµσ $ ∇ * H ≈ µσ % & ≈ +ωµσ ∂t ∂t
("3)
7engan anggapan gelombang menjalar sepanjang sumbu ' dan bidang Ay adalah bidang polarisasi maka penyelesaian persamaan ("3) menggunakan bentuk H B H y('t) B H o e jωtCm' dimana H adalah magnitudo dari , selanjutnya
9
∂ 8 H y ∇ H B 8 ∂' 8
∂ H B m8 H dan y B jω H t ∂
7engan substitusi ke persamaan ("3) akan didapat m8 B jωµσ
√(ωµ"σ"D8) B ± ("C j)a
atau
m B
± ("C
dimana a B √(ωµ"σ"D8) %arena H harus terbatas pada ' B C
j)
∞
sehingga tanda C pada m diabaikan agar nilai H tidak menuju ke tak hingga dan penyelesaiannya H y B H # e jωt ("C j)a' B H # e-a' C j(ωt a')
("6a)
7engan mengambil bagian realnya persamaan ("6a) dapat dituliskan menjadi H y B H # e a' cos (ωt a')
("6b)
0ersamaan ("6b) menyatakan gerak harmonis sederhana dengan pergeseran fase dan atenuasi secara eksponensial terhadap jarak perambatan +tenuasi tersebut dapat ditulis sebagai (dengan pendekatan µ ! µ #)
H yD H #≈ %riteria
umum
yang
e-8A "# eAp (-$) ' √(fDρ)
sering
digunakan
untuk
penetrasi
gelombang
elektromagnetik adalah sin depth yaitu jarak dimana sinyal tereduksi sebesar "De atau $9 (.abel ") dan diberikan oleh persamaan * × ,#-. z s√ %f' ρ & ! ,$ atau
z s ! 0## √ % ρ 'f&
;mplementasi praktis persamaan skin depth dapat dilihat pada .abel "
Ta#el . Va'a-' skin depth %ehada/ 0e!uen-' $el&"#an$ dan e-'-%'1'%a- .
f (&') ##" "# "#$ "#3 "#6
#"#, 6## "5 "5 #6 #"5
Skin Depth (") /esistivitas (>hmm) , ,#* 6### 6×"#3 "5# "5## "5 "5# 6 6# "5 "5
,#2 6×"#6 "5### "5## 6## "5#
7ari table " tersebut di atas terlihat jelas baha jika resistivitas rendah atau frekuensi tinggi atau keduanya medan magnetik tidak akan menembus sampai ke dalam bumi +tau dapat kita katakan baha jika ' √(ρDf)
> "#$ atenuasi akan menjadi besar
=
dan sebaliknya Gntuk gelombang bidang terpolarisasi yang sama dari persamaan ("6b) dapat juga ditemukan adanya arus dan dengan persamaan (5) dan (=) akan didapat
∇× H ! σ E ! J dengan 3 y B 3 z B # dan
∂ H y ∂'
3 4 B -
∂ 2 H # e-a' cos (ωt a')4 B - ∂'
B a H # e-a' 2cos (ωt a') - sin ( ωt a')4 B √8 a H # e-a' cos (ωt a' C πD3) B √(ωµσ) H # e-'√(ωµσD8) cos 2(ωt '√(ωµσD8) C πD3)4
("5)
23aa% a%a-
Gntuk medan elektromagnetik pada bidang batas (interface) dengan
σ"
dan
mungkin µ" berubah secara ekstrim dapat diturunkan dari persamaan (") (8) ($) dan (3) sebagai n
× % E , 5 E * & B # medan listrik tangensial ke bidang batas adalah kontinyu
n
× % H , 5 H * & B # medan magnetik tangensial ke bidang batas adalah kontinyu
n " % σ , E , - σ * E * & B # rapat arus normal ke bidang batas adalah kontinyu n " % σ , H , - σ * H * & ! # fluks magnetik normal ke bidang batas adalah kontinyu
Medan VLF
Gntuk merubah persamaan gelombang ke dalam medan VLF diperlukan pengandaian untuk menyederhanakan persoalan 0ada frekuensi yang rendah arus pergeseran diabaikan elanjutnya perhatian aka n ditujukan hanya pada variasi frekuensi periodik 7engan mengambil bidang Ay sebagai horisontalnya dan ' positif ke baah maka secara matematis hal tersebut dapat dituliskan sebagai
∂ 6 ∂ B # ∂A B # B ∂t
∂ ∂ -jωt -jωt B -jω ∝ ∝ E e H e ∂t ∂y
,ila gelombang terpolarisasi pada bidang Ay dan menjalar ke arah ' vektor magnetik H # pada sudut θ terhadap sumbu A memiliki komponen magnetic H 4# B H # cos θ dan H y# B H # sin θ elanjutnya dapat ditulis sebagai berikut H 4 B ( H # cos θ) e-a' cos (ωt a') H y B ( H # sin θ) e-a' cos (ωt a')
("9a) 1
7ari persamaan (=) E 4 B ( B-(
"
σ
"
σ
) (-
∂ H y ) ∂'
)( H # sin θ)e-a'2-a cos(ωt a')C a sin(ωt a')4 B √8 (
a
σ
) ( H # sin θ) e-a' cos (ωt a' C πD3)
("9b)
7engan cara yang sama akan didapat untuk nilai E y sebagai E y B √8 (
a
σ
) ( H # cos θ) e-a' cos (ωt a' C πD3)
("9c)
7an dengan membagi persamaan ("9b) dan ("9c) dengan ("9a) kuadrat perbandingan amplitudonya menjadi E y
8
8
E 4
=
E 4 E y
8
a = 8 ! ωµρ σ
("=)
+tau
" E 4 ρ ! ωµ H y
8
("1)
7alam penggunaan praktisnya
" $86 × "# ρ ! f
6
E 4 E y
Gntuk suatu keadaan batuan yang berlapis nilai resistivitas yang diperoleh adalah nilai resistivitas semu (ρa) yang nilainya dapat didekati dengan persamaan ("1)
eda Fa-e dan /&la'-a-'
7ari persamaan ("9b) atau ("9c) beda fase antara komponen medan listrik dan komponen medan magnetik dapat dinyatakan dengan
φ ! az - π '2
(8#)
σ ,
serta kedalaman z 0ada permukaan nilai az B # sehingga φ ! - π '2 Gntuk medium dengan asumsi
σ , konstan serta relatif miring terhadap permukaan topografi akan
memiliki nilai φ yang bervariasi pula
"#
0ada saat gelombang primer masuk ke dalam medium gaya gerak listrik (ggl) induksi e s akan muncul dengan frekuensi yang sama tetapi fasenya tertinggal 1#o !ambar " menunjukkan diagram vektor antara medan primer 0 dan ggl induksinya e s
R
2
/ sin α #
α
φ
cos φ
P
/ cos α
sin φ
!ambar " &ubungan amplitudo dan fase gelombang sekunder (2) dan primer (P)
+ndaikan 7%!R ) iω L& adalah impedansi efektif sebuah konduktor dengan tahanan R dan induktans L maka arus induksi 8 s %!e s '7& akan menjalar dalam medium dan menghasilkan medan sekunder 2 Medan 2 tersebut memiliki fase tertinggal sebesar
φ yang besarnya tergantung dari sifat kelistrikan medium ,esarnya φ ditentukan dari persamaan tan φ ! ω L'R .otal beda fase antara medan P dan 2 akan menjadi /#o ) tan-, % ω L'R&" ,erdasar hal ini dapat dikatakan baha jika terdapat medium yang sangat konduktif ( R→#) maka beda fasenya mendekati "=#o dan jika medium sangat resistif ( R→∝) maka beda fasenya mendekati 1#o %ombinasi antara P dan 2 akan membentuk resultan R %omponen R yang sefase dengan P ( R cosα) disebut sebagai komponen real (in-phase) dan komponen yang tegak lurus P (R sinα) disebut komponen imajiner (outof-phase komponen kuadratur) 0erbandingan antara komponen real dan imajiner dinyatakan dalam persamaan? Re Im
= tan φ = ω L / R
(8")
0ers (8") menunjukkan baha semakin besar perbandingan /eD;m (semakin besar pula sudut fasenya) maka konduktor semakin baik dan semakin kecil maka konduktor semakin buruk 7alam pengukurannya alat .-VLF akan menghitung parameter sudut tilt dan eliptisitas dari pengukuran komponen in-phase dan out-of phase medan magnet ""
vertikal terhadap komponen horisontalnya ,esarnya sudut tilt () akan sama dengan perbandingan H z 'H 4 dari komponen in-phase-nya sedangkan besarnya eliptisitas ε () sama dengan perbandingan komponen kuadraturnya Hika medan magnet horisontal adalah H 4 dan medan vertikalnya sebesar H 4 eiφ (!ambar 8) maka besar sudut tilt diberikan sebagai?
H z cosφ H 4 tan(8θ ) = 8 H z " − H 4 8
(88)
dan eliptisitasnya diberikan sebagai?
ε =
H z H 4 sin φ
b a
=
[ H e z
iφ
]
sin θ + H 4 cosθ
(8$)
8
z
a H z b
θ 4
H 4
!ambar 8 0arameter polarisasi elips
III.
De-a'n 2u1e3
"8
M&de T'l% An$le
Mode tilt angle digunakan untuk mengetahui struktur konduktif dan kontak geologi seperti 'ona alterasi patahan dan die konduktif 7alam mode ini arah strie target memiliki sudut
±
36# dengan lokasi pemancar 0ada konfigurasi pengukuran
semacam ini (!ambar $) medan primer akan memberikan fluks yang maksimum jika memotong struktur sehingga memberikan kemungkinan anomali yang paling besar
Arah Pemancar
Lintasan Ukur H
z
Strike struktur
H t
!ambar $ +rah lintasan pengukuran mode tilt-angle
Medan magnet yang memiliki komponen horisontal dan vertikal membentuk sebuah elips dapat ditunjukkan dengan sudut tilt dari sumbu mayor dan sumbu horisontalnya dan eliptisitasnya (perbandingan sumbu minorDsumbu mayor) +lat akan mengukur dua besaran tersebut dari pengukuran komponen in-phase dan out-of-phase medan magnetik vertikal dari medan horisontalnya 7ata tilt biasanya disajikan dalam derivatif Fraser 0arameter eliptisitas kadang digunakan untuk mengetahui baha struktur di baah memiliki ondutivitas tinggi (nilai tilt bertanda terbalik) atau memiliki ondutivitas rendah (nilai dan tanda sama dengan nilai tilt )
M&de Re-'-'%'1'%3
Mode ini digunakan untuk mengetahui die resistif dan di sisi lain untuk membatasi satuan geologi melalui pemetaan tahanan jenisnya Mode ini sangat baik jika arah pemancar tegak lurus strie geologinya (±36#) seperti terlihat pada !ambar 3 +lat akan mengukur besarnya tahanan jenis medium dan besarnya sudut fase medium Letak "$
anomali secara kasar berada di baah puncak anomali tahanan jenis edangkan nilai fase > 450 menunjukkan tahanan jenis semakin dalam semakin kecil dan fase < 450 menunjukkan tahanan jenis semakin dalam makin besar Arah Pemancar
Lintasan Ukur
Strike struktur E
r
H
t
!ambar 3 +rah lintasan pengukuran mode resistivity
A!u'-'-' Da%a
-
0eralatan " atu set .VLF-,/!M 8 Enam buah batere besar "6 V (pemakaian = jam) $ 0eta Lapangan baik peta topografi maupun geologi 3 /ollmeter plastik (non metal) 6 atu set .eodolit untuk penentuan arah lintasan dan posisi relatif 5 %ompas !eologi 9 Lup !eologi untuk melihat jenis batuan dari dekat = 0alu !eologi untuk mengambil sampel batuan 1 !0 untuk mengetahui lokasi titik ukur secara global
-
Lokasi pengambilan data dilakukan di lokasi yang relatif bebas dari medan elektromagnetik lainnya (misal jaringan listrik pipa besi air minum dan benda konduktif non anomali) Lokasi diusahakan tidak berundulasi karena efek topografi memberikan sumbangan medan dengan angka gelombang yang cukup rendah alaupun nantinya efek ini dapat direduksi
-
Iaktu aktu pengukuran di ;ndonesia paling baik pada musim kemarau (bulan Mei-Huli) dari pagi-pagi sekali jam #5## hingga sekitar jam ""## siang "3
-
Lintasan arah lintasan mengikuti aturan pada desain survei Harak antar lintasan dapat diambil cukup bebas sekitar 8# 6# meter sedangkan jarak antar stasiun bisa "# 8# meter Gntuk mode resistivity jarak antar elektroda mengikuti panjang kabel yang tersedia (biasanya "# meter) 0ada saat pengukuran arah operator selalu sama (menghadap arah tertentu) di seluruh lintasan ukur untuk menghindari pembalikan pembacaan medan
Pen$&lahan Da%a
etelah seluruh survei selesai dilakukan data yang telah tersimpan dalam kontroler . dapat ditransfer ke komputer atau printer 0ada saat melakukan transfer data yang telah diambil tidak dapat dipilih melainkan seluruh data ditransfer ke komputer 7ata VLF sering dipengaruhi oleh noise yang berfrekuensi tinggi
(83)
dengan 9 adalah hasil derivatif yang terletak pada spasi %a ) ;&$ dan a bergerak dari data stasiun ke-* hingga data stasiun ke n-*
IV.
In%e/e%a-' Da%a
"6
In%e/e%a-' da' De'1a%'0 Fa-e
0osisi benda penyebab anomali berada di baah puncak (baik positif atau negatif) data derivatif Fraser !ambar 6 berikut adalah contoh beberapa model die dan hasil perhitungan derivatifnya !ambar 5 menunjukkan gambar pengolahan data pemodelan sintetis dengan derivatif Fraser .erlihat baha benda konduktif memiliki nilai fraser positif dengan puncak-puncaknya menunjukkan lokasi keberadaan benda penyebab anomali
!ambar 6 Model dike dan nilai tilt ( ) serta derivatif Frasernya (---) In%e/e%a-' Pe!'aan Lan$-un$
;nterpretasi ini berdasarkan analisis kualitatif data-data hasil pemrosesan dengan rerata bergerak (") Lokasi konduktor berada di baah titik infleksi pada saat nilai tilt berubah tanda (8) kemiringan data tilt pada titik infleksi menunjukkan kedalaman puncak konduktor ($) ketidaksimetrisan profil secara kasar menunjukkan kemiringan konduktor +nalisis tersebut terlihat secara visual pada !ambar 9
"5
!ambar 5 0erhitungan derivatif fraser dari pemodelan VLFM>7
S
R
P+S P
P S
R
!ambar 9
"9
ecara kuantitatif interpretasi terhadap benda-benada penyebab anomali berbentuk tertentu dapat didekati dengan perhitungan berikut? (") Gntuk target berbentuk bola padat$ kedalaman pusat d ≈ ∆A dan jejari bola r ≈ "$ d (tan-"
θmaA)"D$ dengan ∆A B jarak
horisontal puncak maksimum-minimum data tilt dan θ nilai tiltnya (8) Gntuk model yang berbentuk garis atau lembaran tipis kedalaman target d ≈ #6∆A
In%e/e%a-' den$an F'l%e L'n'e
;nterpretasi ini hanya diterapkan pada data tilt 8 dimensi Melalui persamaan ,iot-avart (%arous dan &jelt "1=$) dapat diketahui pengaruh rapat arus sebagai fungsi jarak horisontal dan vertikal 8% ξ $ ζ & terhadap komponen medan magnet vertikal H z (lihat persamaan berikut) H z ( 4)
=
"
∞
8π ∫
−∞
∞
∫ 8 (ξ ζ ) ⋅ ( 4 − ξ ) ⋅ d ζ D2( 4 − ξ )
d ξ
−∞
8
+ζ 8 4
(86)
0ersamaan tersebut merupakan persamaan konvolusi linier yang dapat diselesaikan dengan aplikasi filter dekonvolusi >perasi ini akan menghasilkan deret bilangan yang disebut sebagai filter linier Filter yang bekerja dengan baik hampir di semua data lapangan (%arous dan &jelt "1=$) adalah 2-#8#6 #$8$ -"335 "335 -#$8$ #8#64 Filter ini dapat diterapkan pada deret data dengan spasi yang tetap (d4)
!ambar = 0erhitungan rapat arus ekivalen dengan teori filter linier terhadap data sintetis berasal dari lempeng miring "=
!ambar = menunjukkan contoh aplikasi filter linier untuk menginterpretasikan bentukDdimensi benda berupa urat tegak /espon yang muncul memberikan kenampakan urat tegak alaupun resolusi ke arah baah semakin lemah
In%e/e%a-' den$an Pe"&delan K&"/u%e VLFMOD
;nterpretasi terhadap data VLF baik tilt mode maupun resistivity mode dapat dilakukan dengan perangkat lunak VLFM>7 0rogram ini dapat diperoleh melalui situs abemcom Memori yang diperlukan cukup kecil (kurang dari " M,) karena VLFM>7 berjalan diatas platform sistem 7> 0erhitungan dengan softare ini adalah pemodelan maju murni dengan kata lain kita membuat sebuah model kemudian merubah-rubah parameter model tersebut sehingga respon yang dihasilkan dapat sesuai dengan respon lapangan Model dinyatakan dalam blok-blok medium yang memiliki konduktivitas tertentu berada pada host medium dengan konduktivitas tertentu denganDtanpa lapisan penutup usunan blok-blok tersebut akan membentuk sebuah benda yang dapat diinterpretasikan menjadi kenampakan geologi .ampilan untuk model sederhana dapat dilihat lagi pada !ambar 5 7engan sistem forward modelling ini sangat dituntut pengalaman pemakai untuk membentuk model interpretasi %eunggulan lain softare ini adalah perhitungan efek topografi yang dapat diterapkan langsung ke data lapangan 7ata topografi berupa stasiun dan ketinggian dimasukkan setelah data lapangan dimasukkan dan akan dikoreksikan secara langsung
III. C&n%&h Ka-u-
" 7ata Lapangan pengukuran di daerah mata air panas %rakal %ebumen Haa .engah 7ata diambil pada aal 8### berarah timur-barat Lokasi sumur berada pada stasiun 8# pasi antar stasiun "# meter dengan total 3# stasiun 0emancar VLF yang digunakan adalah
"1
!ambar 1 0erhitungan rapat arus ekivalen terhadap data VLF di mata air panas %rakal %ebumen Haa .engah 8 7ata di atas aliran sungai baah tanah dekat !oa ,ribin Ionosari Jogyakarta 7ata di ambil dengan menggunakan mode tilt umber gelombang elektromagnet frekuensi sangat rendah yang digunakan berasal dari stasiun pemancar VLF
8#
0engelohan dan interpretasi dilaksanakan terhadap data tilt angle yang sudah diratakan terlebih dahulu dengan menggunakan filter moving evarage orde-0 Filter moving evarage ini berfungsi untuk mengkompensasi noise aca yang muncul selama pengukuran =oise tersebut muncul karena adanya aktivitas kelistrikan yang terjadi di ionosfer dan pengaruh ketidakhomogenan baah permukaan 0rofile data tilt angle dan terfilter moving evarage orde 6 diberikan pada gambar "#
!ambar "# 0rofile tilt angle yang asli (tanda bintang) dan data yang telah dilakukan penapisan dengan filter moving evarage orde 6 (garis merah) dari tiap stasiun pengukuran 7ata tilt angle yang sudah ditapis dengan filter moving evarage orde-0$ kemudian diolah secara kualitatif dengan menggunakan filter dari %arous dan &jelt ("1=$) yang berupa
∆ z ∆ 4 8 a = #""6 H −" − #"$=$ H # + #"$=$ H " − #""6 H 8 8π 8 dengan
∆ z B
kedalaman (m)
8 a
B
/apat arus e*uivalent ()
(85)
∆ 4 B
spasi
pengukuran (m) dan H B 7ata sudut kemencengan (tilt angle) ()
8"
&asil pengolahan data tilt angle dengan menggunakan filter linier pers (85) yang dihitung untuk berbagai kedalaman disajikan pada gambar "8 !ambar "8 menunjukkan kontur pseudodepthsection rapat arus ekuivalen untuk berbagai kedalaman sepanjang lintasan umbu arah horisontal kontur menunjukkan posisi titik-titik stasiun pengukuran sedang sumbu arah vertikal menunjukkan kedalaman terhadap spasi tiap stasiun pengukuran
!ambar "" 0seudosection /apat +rus Ekivalen data tilt angle yang sudah ditapis dengan filter moving evarage orde-6 .anda panah menunjukkan daerah konduktif yang diduga sebagai sungai baah tanah pada kedalaman 6# m dari titik ukur station 58 edangkan daerah konduktif lainnya di bagian yang lebih dangkal merupakan katong-kantong air yang terkumpul pada batu gamping !ambar "" mengindikasikan adanya daerah konduktif dengan nilai rapat arus ekivalen tinggi pada stasiun pengukuran ke-61 sDd stasiun ke-56 pada kedalaman sekitar 6# meter dari permukaan 7isamping itu pada stasiun pengukuran ke-59 sDd ke-91 pada kedalaman sekitar 86 meter dari permukaan juga terdapat daerah rapat arus ekivalen tinggi
dengan ketinggian elevasi titik referensi 07+M .itik-titik ukur tersebut berada di bagian hulu dari sungai baah tanah yang terlihat di dalam !oa ,ribin Gntuk daerah konduktif kedua pada bagian atas (dangkal) diduga sebagai kantong air lokal yang terjebak dalam batu sedimen hasil pelapukan batu gamping yang dipergunakan sebagai lahan pertanian atau di dalam batu gamping itu sendiri yang berrongga 7aerah kedua ini terlalu dangkal jika diestimasi sebagai sungai baah permukaan
Da0%a a4aan
,arfield / & "1$3 >ome measurements of the electrical constants of the ground at short wavelengths by the wave tilt method 0roc ;nst Electr Electron Eng 96 8"3-88# ,endat H and 0iersol + ! "15= ?easurement and @nalysis of Random 6ata" Iilley "1=9 Aarst Hydrology$ >pringer >eries in Bhysical Environment pringer Verlag ,erlin :houteau M Khang 0 :hapellier 7 "115 Computation of apparent resistivity profiles from VLF-E? data using linearfiltering !eophysical 0rospecting 33 8"6-8$8 7avies % "156 8onospheric Radio Bropagation :entral /adio 0ropagation Laboratory G+ Edsen < + J> Hoint Venture >rleans 0erancis %aikkonen 0 "191 =umerical VLF ?odelling !eophysical 0rospecting 89 ="6-=$3 %arous M/ "191 Effect of relief in E? methods with vary distant source !eoeAploration "9 $$-38 %arous M and &jelt E "1=$ Linear filtering of VLF 6ip-@ngle ?esurement !eophysical 0rospecting $" 9=8-918 Mcntario :anada Mc
8$
>gilvy /7 :uadra + Hackson 07 and Monte HL "11" 6etection of an air filled drainage gallery by the VLF resistivity method !eophysical 0rospecting $1 =36-=61 >gilvy /7 and Lee +: "11" 8nterpretation of VLF-E? in-phase data using current density pseudosection !eophysical 0rospecting"$ $1 659-6=# 0aal ! "156 Dre prospecting based on VLF radio signal !eoeAploration $ "$1-"39 0aterson </ and /onka V "19" Five years of surveying with the very low frequency 5 electromagnetic method !eoeAploration 1 9-85 /eit' H / and Milford F H "155 Foundation of Electromagnetic ungai Kawah emanu$ onosari$ Iunung Aidul$ 9ogyaarta Laporan 0enelitian !eofisika FM;0+ G!M Jogyakarta mith , 7 and Iard & "193 Dn <" Helens$ ashington Hournal of Volcanology and !eothermal /esearch "1 p""$-"8# Iatt + 7 "159 VLF radio engineering 0ergamon 0ress
83
