6
PENGOLAHAN DATA LAPANGAN ELEKTROMAGNETIK VLF MENGGUNAKAN SOFTWARE KHFILT, SURFER DAN MATLAB
Meirio Arif Purnomo
115.130.020
Program Studi Teknik Geofisika, Universitas Pembangunan Nasional "Veteran" Yogyakarta
Jalan SWK 104 Condongcatur Yogyakarta
[email protected]
INTISARI
Metode VLF-EM merupakan salah satu dari berbagai macam metode Geofisika yang memanfaatkan parameter frekuensi. Metode ini tergolong metode geofisika Pasif, karena pada kerjanya metode ini hanya menangkap sinyal-sinyal frekuensi dari stasiun-stasiun yang ada diseluruh dunia. Metode VLF-EM ini pada dasarnya memanfaatkan medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi rendah (15–30 KHz). Metode ini, pada awalnya digunakan untuk keperluan sistem navigasi kapal selam. Metode VLF-EM ini dalam pelaksanaan pengukuran di lapangan hanya menggunakan sinyal dari satu frekuensi saja (single frequency). Pada metode VLF Sinyal yang dibangkitkan oleh antena pemancar terdiri atas medan magnet dan medan listrik yang berosilasi dalam frekuensi yang dipilih antena. Pengambilan data VLF-EM ini dilakukan pada hari Minggu, 25 Oktober 2015 pukul 11.00 WIB di lapangan softball, UPN "Veteran" Yogyakarta. Pada korelasi penampang matlab jepang ini didapatkan anomali yang menerus dari kelompok 4,3,2 hingga kelompok 11 yaitu pada sekitar jarak 90 meter yang didapat pada daerah ini merupakan bagian yang memilki konduktifitas yang tinggi, dapat berupa batuan yang memilki fluida tinggi ataupun bahan lain nya yang memiliki konduktifitas tinggi. Pada lintasan ini diduga memiliki suatu anomali yang memiliki sifat konduktifitas yang tinggi dan rendah juga memiliki kontras yang sangat menonjol dibandingkan dengan tubuh penampang yang lainnya. maka dapat diindikasikan bahwa sebuah anomali tersebut merupakan suatu bahan atau medium yang memiliki konduktifitas yang tinggi seperti batuan dengan kandungan fluida tinggi ataupun bahan lainnya. Dan bagian yang memiliki anomali sangat rendah dapat diinterpretasikan bahwa bagian tersebut merupakan bahan yang sangat kecil nilai konduknya . misalnya ruang hampa seperti lorong, pipa bawah tanah atau bisa jai pondasi bangunan dengan arah kemelurusan yaitu barat- timur.
Kanta Kunci : VLF-EM, konduktifitas, Elektromagnetik.
PENDAHULUAN
Metode VLF-EM merupakan salah satu dari berbagai macam metode Geofisika yang memanfaatkan parameter frekuensi. Metode ini tergolong metode geofisika Pasif, karena pada kerjanya metode ini hanya menangkap sinyal-sinyal frekuensi dari stasiun-stasiun yang ada diseluruh dunia. Metode VLF-EM ini pada dasarnya memanfaatkan medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi rendah (15–30 KHz). Metode ini, pada awalnya digunakan untuk keperluan sistem navigasi kapal selam. Metode VLF-EM ini dalam pelaksanaan pengukuran di lapangan hanya menggunakan sinyal dari satu frekuensi saja (single frequency). Pada metode VLF Sinyal yang dibangkitkan oleh antena pemancar terdiri atas medan magnet dan medan listrik yang berosilasi dalam frekuensi yang dipilih antena.
Maksud dari acara ini adalah agar praktikan dapat mengetahui dan memahami konsep dasar VLF, mampu melakukan akuisisi secara langsung di lapangan dengan menggunakan alat T-VLF, dan mengerti cara pengolahan data. Tujuan dari acara ini adalah agar praktikan dapat membuat penampang dengan software Matlab dan software Surfer serta dapat membandingkan hasil dan dapat mengkorelasikan dengan lintasan lain serta dapat menginterpretasikan hasil dari pengolahan.
DASAR TEORI
2.1. Prinsip Dasar Metode VLF
Metode Very Low Frequency (VLF-EM) merupakan salah satu metode dalam eksplorasi geofisika. Metode ini menggunakan prinsip induksi gelombang elektromagnetik akibat adanya suatu benda yang konduktif di bawah permukaan bumi. Dalam penelitian ini dibahas fenomena efek induksi elektromagnetik akibat adanya batuan yang mempunyai nilai konduktivitas yang cukup tinggi.
Metode VLF mengukur daya hantar listrik batuan dengan cara mengetahui sifat-sifat gelombang EM sekunder. Gelombang sekunder ini dihasilkan dari induksi EM sebuah gelombang EM primer yang berfrekuensi sangat rendah dari 10 sampai 30 KHz. Karena rendahnya harga frekuensi yang digunakan, maka jangkau frekuensi dikelompokkan kedalam kelompok VLF (Very Low Frequency).
Metode ini memanfaatkan gelombang pembawa (carrier wave) dari pemancar yang dibuat oleh militer yang sebenarnya untuk komunikasi bawah laut. Gelombang ini memiliki penetrasi yang cukup dalam karena frekuensinya yang cukuprendah. Gelombang VLF menjalar ke seluruh dunia dengan atenuasi yang kecil dalam pandu gelombang antara permukaan bumi dan ionosfer.
Karena induksi gelombang primer tersebut, di dalam medium akan timbul arus induksi (arus Eddy). Arus induksi inilah yang menimbulkan medan sekunder yang dapat di tangkap di permukaan. Besarnya kuat medan EM sekunder ini sebanding dengan besarnya daya hantar listrik batuan (), sehingga dengan mengukur kuat medan pada arah tertentu, secara tidak langsung kita dapat mendeteksi daya hantar listrik batuan di bawahnya.
Perambatan Medan Elektromagnetik
Medan elektromagnetik dinyatakan dalam 4 vektor-vektormedan. Yaitu; E = intensitas medan listrik (V/m), H = intensitas medan magnetisasi (A/m), B = induksi magnetik, atau rapat fluks (Wb/m2atau tesla) dan D = pergeseran listrik (C/m2). Keempat persamaan tersebut dikaitkan dalam 4 persamaan maxwell (persamaan 1).
(1)
Persamaan (II.1) dapat direduksi dengan menggunakan hubungan-hubungan tensor tambahan sehingga di peroleh persamaan yang hanya berkait dengan medan E dan H saja (Grant and West, 1965. p496). Apabila diasumsikan medan E dan H tersebut hanya sebagai fungsi waktu eksponensial, akan diperoleh persamaan vektorial sebagai;
(2)
Dengan permitivitas dielektrik (F/m), permeabilitas magnetik (H,m), dan kondukivitas listrik (S/m). Bagian kiri pada sisi kanan pers (II.2) menunjukkan arus konduksi, sedangkan bagian kanannya menunjukkan sumbangan arus pergeserannya.
Di dalam VLF (pada frekuensi< 100 KHz), arus pergeseran akan lebih kecil dari pada arus konduksi karena permitivitas dielektrik batuan rata-rata cukup kecil (sekitar 10 0 dengan 0 sebesar 910-12 F/m) dan konduktivitas target VLF biasanya 10-2 S/m. Hal ini menunjukkan bahwa efek medan akibat arus konduksi memegang peranan penting ketika terjadi perubahan konduktivitas medium (Sharma, 1997).
Fase dan Polarisasi Elips
Pada saat gelombang primer masuk ke dalam medium, gaya gerak listrik (ggl) induksies akan muncul dengan frekuensi yang sama, tetapi fasenya tertinggal 90o. Gambar II.1menunjukkan diagram vector antara medan primer P dan ggl induksinya.
PRSesR cos S sin S cos R sin 0PRSesR cos S sin S cos R sin 0
P
R
S
es
R cos
S sin
S cos
R sin
0
P
R
S
es
R cos
S sin
S cos
R sin
0
Gambar1.Hubungan amplitude dan fase gelombang sekunder (S) dan primer (P).
Andaikan Z(=R + iL) adalah impedansi efektif sebuah konduktor dengan tahanan R dan induktans L, maka arus induksi (eddy), Is (=es/Z) akan menjalar dalam medium dan menghasilkan medan sekunder S. Medan S tersebut memiliki fase tertinggal sebesar yang besarnya tergantung dari sifat kelistrikan medium. Besarnya ditentukan dari persamaan tan = L/R. Total beda fase antara medan P dan S akan menjadi 90o + tan-1(L/R).
Berdasar hal ini dapat dikatakan bahwa, jika terdapat medium yang sangat konduktif (R0), maka beda fasenya mendekati 180o, dan jika medium sangat resistif (R) maka beda fasenya mendekati 90o.
Kombinasi antara P dan S akan membentuk resultan R. Komponen R yang sefase dengan P (Rcos) disebut sebagai komponen real (in-phase) dan komponen yang tegak lurus P (Rsin) disebut komponen imajiner (out-of-phase, komponen kuadratur). Perbandingan antara komponen real dan imajiner dinyatakan dalam persamaan;
(3)
Persamaan (II.3) menunjukkan bahwa semakin besar perbandingan Re/Im (semakin besar pula sudut fasenya), maka konduktor semakin baik, dan semakin kecil maka konduktor semakin buruk.
Dalam pengukurannya, alat T-VLF akan menghitung parameter sudut tilt dan eliptisitas dari pengukuran komponen in-phase dan out-of phase medan magnet vertical terhadap komponen horisontalnya. Besarnya sudut tilt (%) akan sama dengan perbandingan Hz/Hx dari komponen in-phase-nya, sedangkan besarnya eliptisitas (%) sama dengan perbandingan komponen kuadraturnya.
Jika medan magnet horizontal adalah Hx dan medan vertikalnya sebesar Hxei (Gambar II.1), maka besar sudut tilt diberikan sebagai;
(4)
Dan eliptisitasnya diberikan sebagai;
(5)
xzabHzHxxzabHzHx
x
z
a
b
Hz
Hx
x
z
a
b
Hz
Hx
Gambar2. Parameter polarisasi elips
Rapat Arus Ekuivalen
Rapat arus ekuivalen terdiri dari arus yang menginduksi konduktor dan arus yang terkonsentrasi dalam konduktor dari daerah sekelilingnya yang kurang konduktif. Asumsi untuk menentukan rapat arus yang menghasilkan medan magnetik yang identik dengan medan magnetik yang diukur. Secara teori, kedalaman semu rapat arus ekuivalen memberikan gambaran indikasi tiap-tiap kedalaman variasi konsentrasi arus.
Z2πIa x2=-0.205H-2+0.323H-1-1.446H0+1.446H+1-0.323H+2+0.205H+3 (6)
Kedalaman rapat arus ekuivalen
Persamaan filter linear (Karous dan Hjelt) di atas adalah persamaan untuk menentukan rapat arus ekuivalen dan merupakan filter terpendek yang memberikan kesalahan kurang dari 8% untuk medan dari lintasan arus tunggal.
METODELOGI
Pengambilan data VLF-EM ini dilakukan pada hari Minggu, 25 Oktober 2015 pukul 11.00 WIB di lapangan softball, UPN "Veteran" Yogyakarta.
3.1 Desain Survei
Gambar 3.1 Desain Survei
3.1 Diagram Alir
Gambar 3. Diagram Alir
Langkah-langkah dalam pengambilan serta pengolahan data antara lain:
Pengambilan data dimulai dengan mempelaari geologi regional maupun lokal daerah telitian.
Dilanjutkan dengan pembentangan meteran untuk lintasan sepanjang 150 m yang di ukur azimuth dan koordinat beserta elevasinya.
Selanjutnya dilakukan setting alat yaitu dengan cara menyalakan alat tekan On pada console > Set Up > New line and station > enter > mode tilt > enter > Other Frecuency > enter , nilai frecuency yang dimasukkan yaitu 19800 Hz untuk pemancar Australia dan 22000 Hz untuk pemancara jepang (enter) kemudian pilih star untuk memulai penelitian.
Pengambilan data di dapatkan nilai tilt, elipt, Hhor, dan Hver yang dicatat hingga mencapai lintasan terakhir (selesai).
Kemudian setelah selesai dilanjutkan dengan penggulungan meteran dan dilanjutkan denga pengolahan data.
Memulai pengolahan dengan data yang di dapat dari lapangan.
Kemudian data diolah dengan Ms excell dan Matlab.
Kemudian data dari Excell diolah menggunakan Surfer untuk mendapatkan penampang rapat arus equivalen khfilt.
Kemudian pengolahan menggunakan Matlab akan didapatkan penampang rapat arus ekuivalen.
Kemudian penampang dari surfer dan matlab dianalisis.
Kesimpulan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 4. Penampang MatlabAustralia
Gambar 5. Penampang Khfilt Australia
Gambar 6. Penampang Surfer Australia
Pada analisa penampang rapat arus menggunakan matlab di dapatkan sebuah anomali pada jarak 75 – 80 meter yaitu berwarna jingga kemudian pada titik pengukuran ke 110 - 120 merupakan anomaly yang paling menonjol dan meluas diantara lainnya yaitu berwarna merah yang berada di hampir tengah lintasan pengukuran yang terlihat pada kedalaman dari 100 meter hingga mendekati permukaan dan Pada bagian penampang lainnya didominasi oleh warna biru.
Pada analisa penampang rapat arus menggunakan KHfilt Australia di dapatkan sebuah anomali pada pengukuran titik 70-80 dan 110 terdapat kontras anomali yang sangat tinggi diantara yang lainnya yaitu dengan warna kuning hingga merah, serta anomali yang memiliki nilai sangat rendah yang meimilki nilai -90 hingga -140 yang ditandai dengan warna biru kemudian titik pengukuran lain nya didapatkan anomali yang meluas dibandingkan yang lainnya yaitu memiliki warna hijau hingga kuning yang tersebar hampir diseluruh tubuh penampang.
Pada analisa penampang rapat arus menggunakan surfer Australia di dapatkan sebuah anomali pada jarak 90 meter yaitu berwarna berwarna biru yang diduga meupakan medium yang meimiliki konduktifitas sangat rendah kemudian pada pengukuran titik 110 – 125 terdapat kontras anomali yang sangat tinggi diantara yang lainnya yaitu dengan warna merah, kemudian titik pengukuran lain nya didapatkan anomali yang meluas dibandingkan yang lainnya yaitu memiliki warna hijau dan kuning yang tersebar hampir diseluruh tubuh penampang.
Pada lintasan ini diduga memiliki suatu anomali yang memiliki sifat konduktifitas yang tinggi dan rendah juga memiliki kontras yang sangat menonjol dibandingkan dengan tubuh penampang yang lainnya. maka dapat diindikasikan bahwa sebuah anomali tersebut merupakan suatu bahan atau medium yang memiliki konduktifitas yang tinggi seperti batuan dengan kandungan fluida tinggi ataupun bahan lainnya. Dan bagian yang memiliki anomali sangat rendah dapat diinterpretasikan bahwa bagian tersebut merupakan bahan yang sangat kecil nilai konduknya . misal ruang hampa seperti lorong ataupun pipa bawah tanah.
Pada perbandingan penampang yang diolah menggunakan matlab dan surfer Khfilt memiliki sedikit perbedaan yaitu kontras anomaly yang diperlihatkan mempunyai ketidak sesuaian, matlab tidak dapat memunculkan nilai kontras yang sangat rendah sedangkan surfer lebih peka terhadap kontras yang diakibatkan oleh perbedaan warna baik tinggi ataupun rendah begitupun Khfilt dapat melihat anomali lebih menerus dibanding matlab, namun secara keseluruhan letak anomali pada ketiga software tersebut memiliki letak yang sama
Gambar 7. Penampang Matlab Jepang
Gambar 8. Penampang Khfilt Jepang
Gambar 9. Penampang Surfer Jepang
Pada analisa penampang rapat arus menggunakan matlab di dapatkan sebuah anomali pada jarak 75 – 80 meter yaitu berwarna jingga kemudian pada titik pengukuran ke 70-80 dan 110 merupakan anomaly yang paling menonjol dan meluas diantara lainnya yaitu berwarna merah yang berada di hampir tengah lintasan pengukuran yang terlihat pada kedalaman dari 100 meter hingga mendekati permukaan dan Pada bagian penampang lainnya didominasi oleh warna biru.
Pada analisa penampang rapat arus menggunakan KHfilt Jepang di dapatkan sebuah anomali pada pengukuran titik 70-80 dan 110 terdapat kontras anomali yang sangat tinggi diantara yang lainnya yaitu dengan warna kuning hingga merah, serta anomali yang memiliki nilai sangat rendah yang meimilki nilai -90 hingga -140 yang ditandai dengan warna biru pada jarak 80 hingga 100, kemudian titik pengukuran lain nya didapatkan anomali yang meluas dibandingkan yang lainnya yaitu memiliki warna hijau hingga kuning yang tersebar hampir diseluruh tubuh penampang.
Pada analisa penampang rapat arus menggunakan surfer jepang di dapatkan sebuah anomali pada jarak 55 meter dan 100 meter yaitu berwarna berwarna biru yang diduga meupakan medium yang meimiliki konduktifitas sangat rendah kemudian pada pengukuran titik 110 terdapat kontras anomali yang sangat tinggi diantara yang lainnya yaitu dengan warna merah, kemudian titik pengukuran lain nya didapatkan anomali yang meluas dibandingkan yang lainnya yaitu memiliki warna hijau dan kuning yang tersebar hampir diseluruh tubuh penampang.
Pada lintasan ini diduga memiliki suatu anomali yang memiliki sifat konduktifitas yang tinggi dan rendah juga memiliki kontras yang sangat menonjol dibandingkan dengan tubuh penampang yang lainnya. maka dapat diindikasikan bahwa sebuah anomali tersebut merupakan suatu bahan atau medium yang memiliki konduktifitas yang tinggi seperti batuan dengan kandungan fluida tinggi ataupun bahan lainnya. Dan bagian yang memiliki anomali sangat rendah dapat diinterpretasikan bahwa bagian tersebut merupakan bahan yang sangat kecil nilai konduknya . misal ruang hampa seperti lorong ataupun pipa bawah tanah.
Pada perbandingan penampang yang diolah menggunakan matlab dan surfer Khfilt memiliki sedikit perbedaan yaitu kontras anomaly yang diperlihatkan mempunyai ketidak sesuaian, matlab tidak dapat memunculkan nilai kontras yang sangat rendah sedangkan surfer lebih peka terhadap kontras yang diakibatkan oleh perbedaan warna baik tinggi ataupun rendah begitupun Khfilt dapat melihat anomali lebih menerus dibanding matlab, namun secara keseluruhan letak anomali pada ketiga software tersebut memiliki letak yang sama
Gambar 10.Korelasi Penampang Matlab jepang
Pada korelasi penampang matlab jepang ini didapatkan anomali yang menerus dari kelompok 4, 3, 2 11 yaitu pada sekitar jarak 90 meter dengan arah persebaran nya barat- timur yang didapat pada daerah ini merupakan bagian yang memilki konduktifitas yang tinggi dan menerus pada setiiap line kelompok, dapat berupa batuan yang memilki fluida tinggi ataupun bahan lain nya dengan konduktifitas tinggi.
KESIMPULAN
Dari hasil data yang telah diolah dan di bahas maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
Pada penampang matlab australia meimiliki nilai -50 hingga 350, lalu pada penampang Khfilt didapatkan nilai dari -150 hingga 100, selanjutnya pada penampang surfer didapatkan nilai dari -140 hingga 110.
Pada penampang matlab jepang meimiliki nilai -20 hingga 300, lalu pada penampang Khfilt didapatkan nilai dari -65 hingga 75, selanjutnya pada penampang surfer didapatkan nilai dari -65 hingga 65.
Pada lintasan ini diduga memiliki suatu anomali yang memiliki sifat konduktifitas yang tinggi dan rendah juga memiliki kontras yang sangat menonjol dibandingkan dengan tubuh penampang yang lainnya. maka dapat diindikasikan bahwa sebuah anomali tersebut merupakan suatu bahan atau medium yang memiliki konduktifitas yang tinggi seperti batuan dengan kandungan fluida tinggi ataupun bahan lainnya. Dan bagian yang memiliki anomali sangat rendah dapat diinterpretasikan bahwa bagian tersebut merupakan bahan yang sangat kecil nilai konduknya . misal ruang hampa seperti lorong ataupun pipa serta saluran bawah tanah.
Pada perbandingan penampang yang diolah menggunakan matlab dan surfer Khfilt memiliki sedikit perbedaan yaitu kontras anomaly yang diperlihatkan mempunyai ketidak sesuaian, matlab tidak dapat memunculkan nilai kontras yang sangat rendah sedangkan surfer lebih peka terhadap kontras yang diakibatkan oleh perbedaan warna baik tinggi ataupun rendah begitupun Khfilt dapat melihat anomali lebih menerus dibanding matlab, namun secara keseluruhan letak anomali pada ketiga software tersebut memiliki letak yang sama
Pada korelasi penampang matlab jepang ini didapatkan anomali yang menerus dari kelompok 4, 3, 2 11 yaitu pada sekitar jarak 90 meter yang didapat pada daerah ini merupakan bagian yang memilki konduktifitas yang tinggi dan menerus pada setioap line kelompok, dapat berupa batuan yang memilki fluida tinggi ataupun bahan lain nya dengan konduktifitas tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Ardian Novianto. 2015, Buku Panduan Praktikum Elektromagnetik. Laboratorium Geofisika Eksplorasi, Fakultas Teknologi Mineral, UPN "Veteran" Yogyakarta.
