2. TINJ TINJAU AUAN AN PUST PUSTAK AKA A
2.1
Sej Sejarah Tekn kno ologi logi Seis Seism mik
Seismologi adalah ilmu yang relatif muda yang diteliti secara kuantitatif sekitar sekitar 100 tahun. tahun. Pada awal 1800-an 1800-an teori elastis elastis propagasi propagasi gelombang gelombang mulai mulai dikembangkan oleh Cauchy, Poisson, Stokes, dan Rayleigh yang menggambarkan jenis gelombang utama, gelombang yang diharapkan dalam bahan padat termasuk gelombang gelombang kompresi kompresi dan geser geser yang juga disebut disebut gelomb gelombang ang tubuh. tubuh. Gelombang Gelombang melakukan melakukan perjalanan perjalanan melalui volume volume padat, dan gelombang gelombang permukaan permukaan berjalan berjalan sepanjang permukaan. permukaan. Gelombang kompresi kompresi berjalan lebih cepat daripada gelombang gelombang geser geser dan kembali lebih dulu, dulu, gelombang gelombang tersebut tersebut sering disebut disebut gelom gelomban bang g primer primer (P), (P), sedang sedangkan kan gelom gelomban bang g geser tiba tiba kemudi kemudian an sehing sehingga ga disebu disebutt gelomb gelombang ang sekund sekunder er (S). (S). Teori Teori terse tersebut but ada di di penga pengamata matan n seismik seismik,, dan dan gelombang gelombang ini tidak tidak teridentifikasi teridentifikasi di bumi sampai sampai beberapa waktu. waktu. Eksperimen Eksperimen seismik aktif pertama kali dilakukan pada tahun 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 merkuri untuk menjalar. Pada tahun 1857 1857 gempa besar melanda di dekat Naples. Robert Mallet melakukan perjalanan ke Italia untuk untuk mempelajari mempelajari kerusak kerusakan an yang disebabkan disebabkan oleh oleh gempa tersebut. tersebut. Karyanya Karyanya merupakan upaya upaya yang signifikan pertama pada pengamatan seismologi dan menggambarkan gagasan bahwa gempa bumi memancarkan gelombang seismik 3
4
jauh dari titik fokus (sekarang disebut hiposenter) dan dapat ditemukan dengan memproyek memproyeksikan sikan mundur mundur ke sumber gelombang gelombang (Shearer, (Shearer, 2009). 2009). Sebuah kemajuan mencolok dalam ilmu seismologi adalah dicapainya penemuan alat yang sensitif dan dapat diandalkan yakni seismograf oleh John Milne Milne pada pada tahun tahun 1892. 1892. Meskip Meskipun un besar besar dan primitiv primitivee jika diband dibanding ingkan kan denga dengan n instrument instrument modern, modern, presisi dan kepekaan kepekaan alat ini akurat akurat serta serta kuantitatif kuantitatif untuk mendeskrip mendeskripsikan sikan gempa gempa bumi bumi pada pada jarak jarak jauh dari sumber. sumber. Akumulasi Akumulasi perekaman jarak gempa dapat diandalkan (ditunjuk sebagai "Teleseismic") Teleseismic") yang ang memungkinkan studi sistematis dengan resiko gempa bumi dan struktur internal gempa gempa itu sendiri sendiri (Lowrie, (Lowrie, 2007). 2007). Tahun 1900-an 1900-an Richard Richard Oldham Oldham melaporkan melaporkan identifikasi P, S, dan gelombang permukaan permukaan seismogram, dan kemudian kemudian (1906) dia mendeteksi mendeteksi kehadiran kehadiran inti bumi dari tidak adanya adanya P langsung langsung dan kedatangan kedatangan S pada jarak sumber-p sumber-penerima enerima di luar luar sekitar 100°. Pada tahun tahun 1909, Andrija Andrija Mohorovicic menggunakan waktu jalar dari sumber gempa bumi untuk eksperimennya dan menemukan keberadaan bidang batas antara mantel dan kerak bumi yang sekarang disebut disebut sebagai Moho. Metode seismik merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukuran dil akukan dengan menggunakan menggunakan sumber seismik, setelah sumber suara diberikan terjadilah gerakan gelombang di dalam medium (tanah/batuan) yang memenuhi hukumhukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pemantulan ataupun pembiasan akibat munculnya munculnya perbedaan kecepatan dan massa jenis batuan. Kemudian gerakan gerakan partikel partikel tersebut tersebut di rekam rekam sebagai sebagai fungsi fungsi waktu. waktu. Berdasar Berdasar data rekaman rekaman inilah dapat diperkirakan bentuk lapisan/struktur di dalam dalam tanah (Drijkoningen,
7
2.2
Hukum-Hukum Dalam Gelombang Seismik
Beberapa hukum terkait dengan sifat dari perambatan gelombang seperti (Susilawati. 2004) : 1. Hukum Snellius : Gelombang akan dipantulkan atau dibiaskan pada bidang batas antara dua medium
=
…………………….. (1)
dimana : i
= Sudut datang
r
= Sudut bias = Kecepatan gelombang pada medium 1 = Kecepatan gelombangpada medium 2 Kecepatan gelombang seismik merupakan kecepatan perambatan yang
mengalami gangguan melalui media material yang merupakan media fisik ditunjukan pada Tabel 1. Di sisi lain kecepatan partikel mengacu pada gerakan sebagian media, hal ini merupakan fungsi dari gangguan medium. Suhu dan tekanan (yang tergantung terutama pada kedalaman), serta litologi, pengepakan butir, dan porositas mempengaruhi efek kecepatan gelombang seismik. Variasi litologi dan kandungan fluida serta gas dengan batuan berpori dapat menjadi sumber penting dari kekuatan variasi kecepatan. Demikian pula, rekahan kecil dapat menyebabkan pengurangan kecepatan dalam material (Hubral and Krey, 1980).
8
Tabel 1. Massa jenis dan Kecepatan Gelombang di Sedimen (Sumber : Lurton, 2002)
Sediment Type
Ρ
C (m/s) -3
(kg m )
Silty clay
1300
1485
Clayey silt
1500
1515
Sand-silt-clay
1600
1560
Sand-silt
1700
1605
Silty sand
1800
1650
Very fine sand
1900
1680
Fine sand
1950
1725
Course sand
2000
1800
2. Azas Fermat : Gelombang menjalar dari satu titik ke titik lain melalui jalan tersingkat waktu penjalarannya. Dengan demikian jika gelombang melewati sebuah medium yang memiliki variasi kecepatan gelombang seismik, maka gelombang tersebut akan cenderung melalui zona-zona kecepatan tinggi dan menghindari zona-zona kecepatan rendah. 3. Prinsip Huygens : Tititk-titik yang dilewati gelombang akan menjadi sumber gelombang baru.
9
Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik-titik pengganggu yang berada di depan muka gelombang utama akan menjadi sumber bagi terbentuknya deretan gelombang yang baru. Jumlah energi total deretan gelombang baru tersebut sama dengan energi utama.
2.3 Gelombang Seismik 2.3.1
Tipe Gelombang Seismik
Terdapat dua macam tipe gelombang yang dikenal dalam seismik yaitu Gelombang primer (P) dan Gelombang sekunder (S). Jika pergerakan partikel tersebut sejajar dengan arah penjalaran gelombang, maka disebut dengan gelombang kompresi (gelombang primer atau primary wave atau gelombang P). Rekaman seismik refleksi suatu eksplorasi migas merupakan rekaman gelombang P yang menjalar dari sumber ( Airgun, sparker , dinamit, getaran, dll.) ke penerima (geophone atau hidropon). Sedangkan jika pergerakan partikel tersebut tegak lurus dengan arah penjalaran gelombang, maka disebut dengan gelombang geser (gelombang sekunder atau secondary wave atau gelombang S). Gelombang P menjalar dengan kecepatan tertentu. Jika melewati material yang bersifat kompak atau keras misalnya dolomit maka kecepatan gelombang P akan lebih tinggi dibanding jika melewati material yang 'lunak' seperti batu lempung hal ini seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3 (Trabant, 1984).
11
Tabel 2. Tipe Sumbe dan Penerima Seismik Sumber Explosives Dynamite Ammonium Nitrate
arat
Laut
Keterangan Biasanya ditembakkan pada lubang bor Jarang digunakan di laut Penembakan sangat dekat dengan permukaan Paling sering digunakan sebagai sumber di laut
Geoflex/ Primacord Airgun Boomer Sparker
√ √ √
Paling sering digunakan sebagai sumber di darat
Vibratory Vibroseis Geochirp Receiver
eophone
√ Hydro phone
Sumber : Gadallah a d Fisher, 2009
Air gun digun akan sebagai sumber seismik untuk survei se ismik di lingkungan perairan ejak 1960 dan masih digunakan sampai sekarang sebagai sumber utama dalam eksplorasi di laut. Spektrum pada Air gun dijelaskan oleh Tabel 3 dengan meggunakan kisaran nilai yang diarsir dengan wa na hitam , misal seismik punya jarak
aksimum dari 1000-100 kilometer dengan f ekuensi
berkisar dari 0.1-1 ki oHertz. Tabel 3. Range Frek ensi Akustik Bawah Air Frequncy (kHz) Maximum ranges (km) Multibeam Sounders SideScan Sonars Transmission and Posit ioning Active Military Sonars Passive Military Sonars Fishery Echo Sounders and Sonars ADCP Sediments Profilers Seismics
0.1 1000
1 100
10 10
100 1
1000 0.1
15
refleksi, gelombang refleksilah yang dikehendaki sedangkan yang lainya diupayakan untuk diminimalisir . Noise merupakan komponen penting dari akustik bawah air meliputi hal yang berbeda dimana semuanya menambah sinyal yang tidak diharapkan dan menurunkan kinerja sistem akustik bawah air. Lurton (2002) membagi penyebab kebisingan suara ke dalam empat kelompok, yakni : 1. Ambient noise. Jenis noise ini dari luar sistem dan berasal dari alam (angin, gelombang, hujan, hewan) atau disebabkan manusia (akti vitas maritim, industri). Noise ini adalah independen dari sistem sonar atau kondisi penyebarannya. 2. Self-noise. Kebisingan yang diderita oleh sistem akustik bawah air itu sendiri. Bisa disebabkan oleh dukungan platform (pancaran noise, aliran noise, gangguan listrik, atau noise thermal. 3. Gema. Jenis noise ini efek sistem sonar aktif saja, seperti yang disebabkan oleh kekacauan (yang dihasilkan oleh sinyal sonar). Hal ini dapat begitu keras untuk menutupi pendeteksian gema sasaran yang diharapkan. 4. Acoustic interference. Jenis noise ini dihasilkan oleh sistem akustik lain yang beroperasi di sekitarnya, biasanya onboard perahu yang sama atau platform kapal selam. 2.3.5
Resolusi Seismik
Resolusi seismik adalah kemampuan gelombang seismik refleksi untuk memisahkan dua buah reflektor yang berdekatan, dengan kata lain seismik resolution adalah jarak minimal antara dua reflektor sehingga terlihat sebagai dua refleksi yang terpisah. Resolusi vertikal dari suatu rekaman seismik, terdapat dua
17
Tujuan utama dari analisis sekuen seismik adalah mengidentifikasi batas-batas sekuen pada data seismik, Menentukan urutan pengendapan dalam waktu, menganalisis fluktuasi muka air laut. 3. Analisis Fasies Seismik Sekuen seismik dapat juga untuk menyelidiki karakteristik refleksi di dalam suatu sekuen yang berhubungan dengan seismik fasies. Tidak hanya waktu sekuen sedimentasi yang diperoleh namun juga memungkinkan untuk mengambil kesimpulan yang dapat menggambarkan tentang lingkungan pengendapannya. Tujuan interpretasi seismik khusus dalam ekplorasi minyak dan gas bumi adalah untuk menetukan tempat-tempat terakumulasinya (struktur jebakan jebakan) minyak dan gas. Minyak dan gas akan terakumulasi pada suatu tempat jika memenuhi tiga syarat, yaitu : 1. Adanya batuan sumber adalah lapisan-lapisan batuan yang merupakan tempat terbentuknya minyak dan gas. 2. Batuan reservoir yaitu batuan yang permeabel tempat terakumulasinya minyak dan gas bumi setelah bermigrasi dari batuan sumber. 3. Batuan penutup adalah batuan yang impermeabel sehingga minyak yang sudah terakumulasi dalam batuan reservoir akan tetap tertahan di dalamnya dan tidak bermigrasi ke tempat yang lain. 2.3.7
Analisis Fourier Transformasi
Analisis Fourier adalah metoda untuk mendekomposisi sebuah gelombang seismik menjadi beberapa gelombang harmonik sinusoidal dengan frekuensi berbeda-beda. Sebuah gelombang seismik dapat dihasilkan dengan
19
tegak lurus pada antarmuka untuk gelombang P, diperoleh koefisien untuk suatu ekspresi sederhana dari refleksi dan transmisi. Koefisien Refleksi : R =
Koefisien Transmisi : T =
=
=
2
2 2
− 2
1 1
+ 1 1
=
=
………….(2)
……...… (3)
Keterangan: = Impedansi akustik dari air laut = impedansi akustik dari sedimen Produk Z = vρ dengan ρ adalah densitas (kg/m3) dan v adalah cepat rambat ( m/s ) diperkenalkan sebagai impedansi akustik. Suatu koefisien yang menggambarkan energi dan bukan amplitudo diperkenalkan sebagai refleksi dan koefisien transmisi. Sesuai hukum kekekalan energi jumlah energi adalah sama sebelum dan sesudah refleksi serta transmisi, sehingga: E + E = 1. Dalam kasus umum koefisien ini bergantung pada sudut datang serta konversi antara P dan Sgelombang terjadi pada interface. Koefisien refleksi (R) dan impedansi akustik (Z) dapat menggambarkan besarnya kekuatan pantulan dari objek ditunjukan pada Tabel 3. Faktor yang menentukan banyaknya sinyal yang dikembalikan ke transduser salah satunya adalah orientasi dari objek dengan energi yang diterima. Permukaan objek yang direfleksikan dengan sinyal yang dipancarkan dengan tepat mengenai objek akan menghasilkan echo yang kuat. Fenomena refleksi didasarkan pada hamburan (backscattering ). Refleksi dapat terjadi ketika sebuah pancaran gelombang suara berinteraksi dengan permukaan dasar laut, Refleksi dapat berhubungan dengan
20
gelombang yang tercermin dalam arah sudut datang. Koefisien refleksi tergantung pada kontras impedansi dan grazing angle. Faktor
lainnya
dalam
menentukan
banyaknya
energi
yang
akan
direfleksikan adalah jenis bahan dari objek yang terdeteksi oleh sinyal yang ditunjukan pada Tabel 4. Impedansi dipengaruhi oleh besarnya densitas objek dan kecepatan gelombang suara dan dipengaruhi oleh karakteristik material dasar laut. Semakin keras suatu objek atau target maka impedansinya akan semakin besar. Pada umumnya impedansi akustik sedimen dasar laut biasanya lebih besar dibandingkan dengan air laut (Evans, 2007). Tabel 4. Perbedaan impedansi antara air dengan target
Target
Densitas, ρ
Kecepatan Gelombang, c
(Kg/m3)
(m/s)
Objek Keras 2000 Batuan 2500 Baja 7800 Sumber : Lurton, 2002
2.4
1800 4500 5000
Perbandingan Impedansi
2.4 7.5 26
Sedimen
Sedimen yang merupakan partikel lepas yang terhampar di daratan, di pesisir dan di laut berasal dari material yang mengalami proses pelapukan, peluluhan, pengangkutan, dan pengendapan. Karakteristik sedimen seperti: ukuran butir, bentuk butir, tekstur, sortasi, dan komposisi mineral suatu endapan akan berbeda antara satu tempat dengan tempat yang lainnya tergantung jenis dan lokasi asal sumber batuan dan karakteristik proses sedimennya (Dewi dan Darlan, 2008). Umumnya sedimen berbutir kasar seperti kerikil pasir akan diendapkan di
22
Tabel 5. Nama singkatan sedimen pada pengkelasan Folk di Gambar 10. Singkatan
Nama Tekstur
S
Sand
Z
Silt
M
Mud
C
Clay
s
Sandy
z
Silty
m
Muddy
c
Clayey
cS
clayey Sand
mS
muddy Sand
zS
silty Sand
sC
sandy Clay
sM
sandy Mud
sZ
sandy Silt
