METODE MAGNETOTELLURIK Berlianti O. Manurung, Dessy Dessy L. Pratiwie,Fian Fakhruddin, Hamanda Hamanda tiara E, Jordi Jordi Mahardika Puntu, Puntu, Lutfi ditya !. !. Fakultas Matematika dan "lmu #engetahuan #engetahuan lam Program studi $eofisika %ni&ersitas Brawi'aya (strak Metode magnetotellurik yang meru#akan salah satu
metode dalam eks#lorasi
geofisika, di#erkenalkan #ertama kali oleh Louis )agniard #ada tahun *+-. Penemuan ini dila dilata tar( r(el elak akan angi gi oleh oleh hu(u hu(ung ngan an tim( tim(al al (ali (alikk anta antara ra meda medan n list listrik rik deng dengan an meda medan n elektromag elektromagnetik, netik, se#erti yang di#erlihatk di#erlihatkan an oleh fenomena fenomena Biot/a&art Biot/a&art.. Persamaan Persamaan yang menu menun' n'uk ukan an sifat sifat tim( tim(al al (ali (alikk atau atau feno fenome mena na ini ini adal adalah ah #ersa #ersama maan an ma0w ma0wel ell. l. Dari Dari #ersamaan ma0well, kita da#at melihat (ahwa hu(ungan antara ke'adian medan listrik listr ik dan medan medan magnet magnet,, (erkai (erkaitan tan erat erat denga dengan n sifat sifat geomet geometri ri dan kelistri kelistrikan kan medium medium dimana dimana fenomena itu ter'adi. Dengan dasar se#erti inilah )agniard dan ahliahli geofisika lainnya, se#erti Bosti1k, /im, /inha dan lainlain, menurunkan #ersamaan ma0well untuk menda#atkan formula yang (erkaitan dengan sifat kelistrikan medium, se#erti "m#endansi, resist resisti&it i&itas as semu semu dan se(agai se(againya nya.. Dalam Dalam makala makalah h ini akan akan di(aha di(ahans ns mengen mengenai ai metode metode magnetotellurik, yang meru#akan salah satu metode didalam geofisika. 2ata kun1i3 Metode magnetotellurik, #ersamaan Ma0well. Ma0well. (!) (!) sifa sifatt fisi fisik k yan yang rele relev van adal adalah ah
1.Pendahuluan
Survey
geofisika
terutama
dimaksudkan untuk memperoleh informasi megena megenaii
distri distribus busii
parame parameter ter-pa -param rameter eter
konduk konduktiv tivita itass atau atau resistiv resistivitas itas (tahan (tahananan jenis) batuan. "eberapa "eberapa studi menunjukan menunjukan adanya adanya
fisik bawah permukaan seperti kecepatan
kaita kaitan n erat erat anta antara ra tahan tahanan an-je -jeni niss deng dengan an
gelombang
massa,
porositas, kandungan fluida (air atau gas)
kemagnetan, kelistrikan dan lain-lain dari
dan temperatur temperatur formasi batuan. batuan. #engaruh #engaruh
hasil hasil penguk pengukura uran n efeknya efeknya di permuk permukaan aan
masing masing-mas -masing ing faktor faktor tersebu tersebutt terhad terhadap ap
bumi
taha tahan nan-j an-jen enis is
elastik,
atau
tempat
rapat
lain
yang
dapat
form formas asii
batua atuan n
sang sangat at
dijangkau (lubang bor atau tambang bawah
komple kompleks ks karena karena dapat dapat saling saling tumpan tumpangg-
tanah).
geofisika
tind tindih ih (ove (overl rlap ap). ). $amu $amun n secar secaraa umum umum
elek elektr trom omag agne neti tik k
porositas tinggi yang disertai kandungan
Dalam
meng menggu guna naka kan n
survey
meto metode de
gas biasanya dicirikan oleh tahanan-jenis
konduktivitas
yang
dimanfaatkan untuk keperluan eksplorasi
relatif
tinggi.
Sebaliknya
jika
medium
(bumi)
dapat
fluidanya berupa air dengan temperatur
menggunakan emetode
tinggi seperti dijumpai didaerah prospek
al ini dilakukan dengan mengukur secara
geotermal,
dapat
stimultan variasi medan magnet listrik ()
berasosiasi dengan daerah bertahanan jenis
dan medan magnet () sebagai fungsi
rendah.
taraf
waktu. /nformasi mengenai konduktivitas
tertentumetode ! dapat digunakan untuk
medium yang terkandung dalam data !%
keperluan eksplorasi sumber daya alam
dapat
seperti mineral, minyak, dan gas bumi,
persamaan
geotermal
permodelan yang relatif sederhana. #ada
maka
Dengan
hal
tersebut
demikian
pada
seta untuk keperluan
studi
permasalahan lingkungan. !etode
(!%)
merupakan salah satu metode eksplorasi yang
memanfaatkan
elektromagnetik alam. !edan ! tersebut ditimbulkan oleh berbagai proses fisik yang cukup kompleks sehingga spektrum frekunsinya sangat lebar (&' - *- &'+ *). #ada frekuensi yang cukup rendah (kurang dari & *), solar wind yang mengandung partikel-partikel berinteraksi
bermuatan
dengan
dari
ma0well
penyelesaian menggunakn
dekade '-an untuk pertama kali hal
magnetotellurik
geofisika
diperoleh
magnetotellurik.
medan
listrik magnet
permanen bumi sehingga menyebabkan variasi medan !. ariasi pada jangka frekuensi audio (audio freuency band diatas & *) terutama disebabkan oleh aktivitas meteorologis berupa petir. #etir yang terjadi di suatu tempat menimbulkan gelombang ! yang terperangkap antara ionosfer dan bumi (wave guide) dan menjalar mengitari bumi. ebergantungan fenomena listrikmagnet terhadap sifat kelistrikan terutama
tersebut dilakukan dan dibahas secara terpisah oleh %ikhonov (&1'), 2ikitakeb (&1+3). #rice (&1'), kato dak kikuchi (&1'), 4agniard (&15) dan wait (&1+) yang kemudian menjadi dasar metoda magnetotellurik. Dengan demikian metode ini masih relatif baru jika dibandingkan dengan metode geofisika lainnya. II. Metode Magnetotellurik
!etode magnetotellurik (!%) adalah metode sounding elektromagnetik (!) untuk mengetahui struktur tahanan jenis bawah permukaan dengan cara melakukan pengukuran pasif komponen medan listrik () dan medan magnet () alam yang berubah terhadap waktu. #erbandingan antara medan listrik dan medan magnet disebut impedansi yang merupakan sifat listrik (konduktivitas6resistivitas) medium. !etode !% menghasilkan kurva sounding tahanan jenis semu terhada frekuensi yang menggambarkan
variasi
konduktivitas
listrik terhadap kedalamn. !etode !%
Sumber medan ! frekuensi rendah (8&
secara
*)
umum
digunakan
untuk
berasal
dari
gelombang
micro
memperoleh informasi mengenai struktur
(micropusation) karena interaksi antara
tahanan jenis bawah permukaan. #ada
partikel matahari (solar wind) dengan
eksplorasi daerah prospek geotermal ,etode
medan magnet bumi. Dalam permasalahan
!% digunakan untuk mencari daerah
ini, sumber medan untuk magnetotellurik
bertahanan jenis rendaj yang diasosiasikan
ialah matahari, bila digunakan sumber
dengan
alam. Dipermukaan matahari selalu terjadi
keberadaan
pergerakan
fluida
panas atau reservoir panas bumi. !etode memanfaatkan
letupan-letupan
magnetotellurik variasi
medan
elektromagnetk (!) alam.
sumber
medan
elektromagnetik (!) alam, antara lain disebabkan oleh aktivitas manusia, seperti medan ! yang terjadi disekitar jaring jaring listrik, sumber tenaga, industri, dan lainnya, data yang sisebabkan ole kejadian alam
sendiri
seperti
kejadian
secara
metereologi dan yang disebabkan oleh aktivitas matahari. Sumber medan ! frekuensi tinggi (7& *) berasal dari kegiatan guntur dan kilat yang terjadi didalam lapisan atmosfer bumi secara menyeluruh (world-wide),
yang
akan
mengeluarkan partikel , yang sebagian besar
terdiri
dari
partikel
hidrogen.
9ktivitas letupan tersebut berubah-ubah terhadap waktu. arena terjadi proses
III. Su!er edan agnetotellurik
"eberapa
plasma
ionisasi
dipermukaan
matahari,
maka
hidrogen berubah menjadi plasma yang mengandung
proton
dan
elektron.
ecepatan plasma ini relatif rendah dan lebih
dikenal
dengan
sebutan
angin
matahari (solar wind) yang mempunyai sifat acak dan berubah terhadap waktu. I". Per#aaan Ma$%ell
#ersamaan
ma0well
merupakan
sintesa hasil-hasil eksperimen (empiris) mengenai fenomena listrik-magnet yang didapatkan oleh faraday, ampere, gauss, coulumb, disamping yang dilakukan oleh ma0well
sendiri.
#enggunaan
tersebut
dalam metode !% telah banyak diuraikan dalam
buku-buku
pengantar
geofisika
khususnya yang membahas metode ! (eller : ;rischkecht, &133< porstendofer &1=< 2okytiansky, &1>?< kauffman : keller &1>&<&1>).
Dalam bentuk diferensial, persamaan
dengan memperhitungkan hukum kekalan
!a0well dalam domain frekuensi dapat
muatan. #ersamaan tersebut menyatakan
dituliskan sebagai berikut@
bahwa medan magnet timbul akibat fluks total arus listrik yang disebabkan oleh arus
&.a
konduksi dan perpindahan. #ersmaan &.c menyatakan hukum gauss yaitu fluks elektrik
pada
suatu
ruang
sebanding
dengan muatan total yang ada dalam ruang
&.b
tersebut. Sedangkan persamaan &.d yang identik dengan persamaan &.c berlaku untuk medan magnet, namun dalam hal ini &.c
tidak ada monopol magnetik. ubungan atara intensitas medan dengan fluks yang terjadi pada medium
&.d
dinyatkan oleh persamaan berikut@ ?.a
Dimana@ "B @ medan listrik (olt6m) "@ ;luks atau induksi magnetik (Aeber6m ? atau tesla)
?.b DB
@ medan magnet (9mpere6meter) ?.c ?
j@ rapat arus (9mpere6m ) CB
D@ perpindahan listrik (4oulumb6m ?) @ rapat muatan listrik (4oulumb6m 5)
Dimana@ persamaan
&.a
diturunkan
dari
hukum faraday yang menyatkan bahwa
@ permeabilitas magnetik (enry6 m)
perubahan fluks magnetik menyebabkan medan listrik dengan gaya gerak listrik
@ permitivitas listrik (farad6m)
berlawanan dengan variasi fluks magnetik yang
menyebabkan.
#ersamaan
&.b
merupakan generalisasi teorema ampere
@ konduktivitas (ohm-&6m atau siemens6m)
@ tahanan jenis (hm.m)
Entuk menyederhanakan masalah, sifat
+.b
fisik medium diasumsikan tidak
bervariasi
terhadap
waktu
dan
posisi
(homogen isotropik). Dengan demikian akumulasi muatan seperti dinyatkan pada
". Penga!ilan data la&angan
persamaan &.c tidak terjadi dan persamaan
#ada dasarnya pengambilan data di
ma0well dapat dituliskan kembali sebagai
daerah
berikut,
dilakuak
5.a
survey n
(data
untuk
ausition)
mengetahui
!%
variasi
medan ! terhadap waktu, yaitu dengan mengukur
secara
stimultan
komponen
horisontal medan listrik ( 0,y) dan medan magnet (0, y) sebagai pelengkap diukur 5.b
pula komponen vertikal medan magnet (*). leh karena itu, alat ukur !% terdiri dari
tiga
sensor
sinyal
magnetik
(magnetometer) dan dua pasang sensor 5.c
sinyal
listrik
(elektroda)
beserta
unit
penerima yang berfungsi sebagai pengolah sinyal dan perekam data. !agnetometer 5.d
yang biasa digunakan adalah tipe induksi dengan sensitivitas tinggi (F' m6n%) mengingat
%ampak bahwa dalam persamaan
lektroda
lemahnya
sinyal
magnetik.
potensial sebaiknya dari jenis
ma0well yang dinyatakan oleh persamaan
non-polari*able
5 hanya terdapat dua variabel yaitu medan
dengan kestabilan yang tinggi terutama
listrik dan medan maget . Dengan
terhadap perubahan
operasi curl terhadap persamaan 5.a dan
pengukuran data !% memerlukan waktu
5.b serta mensubstitusikan besaran-besaran
yang relatif lama dibandingkan dengan
yang telah diketahui pada persamaan 5
pengukuran
akan kita peroleh pemisahan variabel
geolistrik tahanan-jenis. lektroda jenis
dan sehingga,
#b-#b4l? ata 4d-4d4l? jarang digunakan,
+.a
porous-pot
4u-4uS +
temperatur
potensial
pada
karena
survey
disamping mahal juga dapat mencemari lingkungan.
Entuk penerimaan terdiri dari dua
menghindari perekaman data yang banyak
bagian utama yaitu bagian analog dan
mengandung
bagian digital sesuai dengan bentuk data
terjadinya badai magnetik, gangguan lokal
yang terdapat didalamnya. #ada bagian
dan sebagainya.
analog terdapat dua jenis filter yaituyaitu 2;/ (radio freuency interference) dan notch
filters
masing-masing-
noise
sepeti
pada
saat
"I. Pengolahan data MT
#engolahan data !% dimaksudkan
untuk
mengeliminasi gangguan atau interferensi
untuk mengekstraksi fungsi transfer antara
dari frekuensi radio dan frekuensi jala-jala
medan listrik dan medan magnet dalam
listrik dan harmoniknya (', 3', &', dan
domain
&>' * atau konfigurasi lain), khusus kanal
informasi mengenai distribusi tahanan-
elektrik
jenis bawah permukaan.
dilengkap
pula
dengan
Sebelum direkam dalam bentuk numerik
(digital),
sinyal
analog
didigitasi dengan frekuensi pencuplikan (sampilng freuency) yang sesuai dengan jangka frekuensinya agar tidak terjadi aliasing pada saat rekonstruksi sinyal tersebut untuk
mendapatkan
yang dikandungnya.
leh
informasi karena
itu
biasanya digunakan frekuensi pencuplikan ? sampai + kali frekuensi yang paling besar.
mengandung
data
mentah
mengalami
yang proses
telah
direkam
editing
dan
demulti#le0ing untuk menggabungkan data dari setiap kanal yang sama (elektrik atau magnetik) untuk masing-masing jangkah frekuensi (G;, !; dan ;). Data tersebut adalah keluaran dari sensor elektrik dan magnetik
yang
masih
berupa
harga
tegangan listrik terukur. #roses gain re1o&ery ditujukan untuk mengembalikan faktor perbesaran atau amplifikasi yang telah digunakan.
Setelah melalui analog to digital (96D) converter, media
yang
#ada tahap pra-pengolahan data,
pengkompensasian S# (self-potential).
data
frekuensi
data direkam dalam
penyimpanan
data seperti
Disamping itu, pada proses tersebut harga tegangan
listrik
terukur
dikonversikan
pita
kedalam satuan yang biasa digunakan
magnetik atau magneto-optic disc dengan
(m6km untuk medan listrik dan nano
menggunakan representasi &3 bit (binary
%esla atau gamma untuk medan magnet).
digit) atau lebih untuk menjamin ketelitian.
Seleksi data dalam domain waktu
Enit penerima dilengkapi pula dengan alat
dapat dilakukan secara manual (seleksi
monitor sinyal yang dapat secara langusng
visual)
(real time) mengontrol kualitas data yang
menetapkan nilai minimal korelasi data
direkam. al
yang
ini
dimaksudkan
untuk
maupun
dapat
otomatis
diterima.
orelasi
dengan
yang
dimaksud adalah korelasi silang (cross-
model adalah tahanan-jenis dan ketebalan
correlation)
tiap lapisan.
antara
medan
listrik
dan
medan magnet yang saling tegak-lurus.
#emodelan
asilnya dalam bentuk seri waktu (time
hanya dapat diterapkan pada data yang
series) disimpan dalam file.
memenuhi
#ada
tahap
analisa
spektral,
demikian,
menggunakan
kriteria dengan
data
model
&-D.
asumsi
&-D
$amun tertentu
transformasi seri waktu tiap kanal ke
pemodelan &-D dapat pula diterapkan pada
dalam domain frekuensi menghasilkan
data
spektrum daya dan juga spektrum silang
kecenderungan lokal atau struktur secara
( #ower dan 1rosss#e1tra). Seleksi data
garis besar, misalnya impedansi invarian
dalam domain frekuensi didasarkan pada
dan impedansi dari %-mode. #emodelan
koherensinya.
&-D menggunakan kurva sounding %-
"II. Peodelan dan inter&reta#i MT
mode didasarkan atas anggapan bahwa
/nterpretasi pada
kualitatif
penampang
didasarkan
tahanan-jenis
semu
( #seudose1tion), peta tahanan-jenis semu pada
beberapa
1ondu1tan1e
periode,
serta
peta
total
peta-peta
yang
menampakkan hasil analisa tensor seperti diagram
polar,
sebagainya.
vektor
induksi
/nterpretasi
dan
kuantitatif
didasarkan atas hasil pemodelan &-D dan ?-D. #emodelan
dimaksudkan
untuk
mengekstraksi informasi yang terkandung dalam data untuk memperkirakan distribusi tahanan-jenis bawah permukaan melalui model-model. sederhana
!odel
adalah
model
yang
paling
&-D
dimana
tahanan-jenis bervariasi hanya terhadap kedalaman
(*).
direpresentasikan
!odel &-D biasanya oleh
model
berlapis
horisontal, yaitu model yang terdiri dari beberapa lapisan dimana tahanan-jenis tiap lapisan homogen. Dalam hal ini parameter
yang
dianggap
mewakili
pengukuran medan listrik searah jurus tidak
terlalu
dipengaruhi
oleh
diskontinuitas lateral tegak lurus jurus. %eknik
forward
modelling
dilakukan dengan menghitung respons dari suatu model untuk dibandingkan dengan data impedansi (tahanan-jenis semu dan fasa) pengamatan. Dengan cara coba-coba (trial and error ) dapat diperoleh suatu model yang responsnya paling cocok dengan data, sehingga model tersebut dapat dianggap mewakili kondisi bawah permukaan.
%eknik
memungkinkan
in&erse kita
modelling memperoleh
parameter model langsung dari data. !etoda inversi 'o#ti(k (Cones, &1>5) merupakan cara yang cepat dan mudah
untuk
memperkirakan
variasi
tahanan-jenis terhadap kedalaman secara langsung dari kurva sounding tahanan jenis semu. !etode ini diturunkan dari hubungan analitik antara tahananjenis,
frekuensi dan kedalaman investigasi atau
dan
skin de#th (persamaan (&)). $amun perlu
menggunakan metoda beda hingga ( finite
diingat
bersifat
differen1e) atau metoda elemen hingga
dapat
( finite element ). asil perhitungan dapat
bahwa
aproksimatif
metoda
sehingga
ini hanya
medan
magnet
dilakukan sebagai usaha pemodelan dan
ditampilkan
interpretasi pada tahap pendahuluan.
tahanan-jenis
Dalam terkecil
metoda
inversi
(leasts4uare),
dimodifikasi
secara
kuadrat
model iteratif
dalam
pada
kasus
ini
bentuk penampang
semu
maupun
kurva
sounding untuk %-mode dan %!-mode.
awal hingga
"III. ke#i&ulan
diperoleh model yang responsnya cocok
Dari
deskripsi
mengenai
dengan data. 9danya aproksimasi atau
magnetotellurik dapat disimpulkan bahwa,
linearisasi fungsi non-linier antara data dan
!etode
parameter model menyebabkan metode
metode sounding elektromagnetik (!)
tersebut sangat sensitif terhadap pemilihan
untuk mengetahui struktur tahanan jenis
model awal. leh karena itu model awal
bawah permukaan dengan cara melakukan
biasanya ditentukan dari hasil pemodelan
pengukuran pasif komponen medan listrik
tak-langsung atau hasil inversi "ostick.&=
() dan medan magnet () alam yang
ecenderungan
menunjukkan
berubah terhadap waktu. #erbandingan
tidak
hanya
antara medan listrik dan medan magnet
ditujukan untuk menentukan satu model
disebut impedansi yang merupakan sifat
saja melainkan sejumlah besar model yang
listrik (konduktivitas6resistivitas) medium.
memenuhi kriteria data (misalnya, metode
Dengan
!onte-4arlo).
pemodelan &D dan ?D.
bahwa
metode
terakhir inversi
stimasi
statistik
dari
magnetotellurik
(!%)
interpretasi
adalah
menggunakan
model-model yang diperoleh digunakan untuk menentukan solusi metoda inversi.
PUSTAKA
ecenderungan baru tersebut terutama
Cones, 9.H., &1>5, n the euivalence of
ditunjang dengan tersedianya komputer
the I$iblettI and I"ostickI transformation
pribadi
in
(#4)
dan
workstations
yang
the
magnetotelluric
dilengkapi dengan #ro1essor berkecepatan
$eo#hys., )*, =? - =5.
tinggi.
#ellerin,
G.,
ohmann,
method,
H.A.,
J.
&11',
#rofil tahanan-jenis &-D beberapa
%ransient electromagnetic inversion @ 9
titik amat dalam satu lintasan dapat
remedy for magnetotelluric static shifts,
digunakan sebagai model awal untuk
$eo#hysi1s, )), &?+? - &?'.
pemodelan ?-D. #enyelesaian persamaan yang berlaku untuk medan listrik
2anganayaki, 2.#., &1>+, 9n interpretive analysis
of
magnetotelluric
data,
$eo#hysi1s, +,, &=5' - &=+>. Sternberg, ".., Aashburne, C.4., #ellerin, G., &1>>, 4orrection for the static shift in maagnetotellurics electromagnetic
using
transient
soundings, $eo#hysi1s,
)*, &+1 - &+3>.
o*off, ., &1=?, %he magnetotelluric method in the e0ploration of sedimentary basins, $eo#hysi1s, *-, 1> - &+&. o*off, ., &11&, %he magnetotelluric method, in Ele1tromagneti1 methods in a##lied geo#hysi1s, 5ol. 6 ##li1ation, !.$. $abighian (ed.), SH #ublishing.