Fenomena Elektrokinetik Dalam Seismoelektrik dan Pengolahan

FENOMENA ELEKTROKINETIK DALAM SEISMOELEKTRIK
DAN PENGOLAHAN DATANYA
DENGAN MENGGUNAKAN METODE PENGURANGAN BLOK
Tugas Akhir
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
di Program Studi Fisika
Institut Teknologi Bandung
oleh
HARIYANTO SALLE KARURUNG
10202068
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2008
1
(halaman ini sengaja dikosongkan)
2
ABSTRACT
ELECTROKINETIC EFFECT IN SEISMOELECTRIC AND ITS DATA PROCESSING
BY USING BLOCK SUBTRACTION METHOD
by
HARIYANTO SALLE KARURUNG
10202068
Seismoelectric is a geophysical method that uses mechanic energy conversion phenomena
and becomes electric energy or electromagnetic through a specific conversion mechanism
(i.e. electrokinetic effect).
A seismoelectric measurement had been done using single channel (a dipole antenna) and
obtained signal records in the traces. By using block subtraction’s method, these recorded
signals were processed to suppress the noise. In this final project used some signal processing
tools as Microsoft Excel and MATLAB Signal Processing Toolbox.
The physical parameters which were measured during data acquisition were amplitude and
time. After processing, it can be obtained the relation between these parameters with the
others i.e. porosity, permeability, and materials’ density in subsurface. These seismoelectric
signals carried information about subsurface and useful to understand it, mainly about
interface boundaries.
Keywords: electrokinetic effect, noise, block subtraction, porosity, permeability, density.
3
ABSTRAK
FENOMENA ELEKTROKINETIK DALAM SEISMOELEKTRIK
DAN PENGOLAHAN DATANYA
DENGAN MENGGUNAKAN METODE PENGURANGAN BLOK
oleh
HARIYANTO SALLE KARURUNG
10202068
Seismoelektrik adalah gejala bawah permukaan bumi yang memanfaatkan fenomena konversi
energi mekanik menjadi energi listrik atau elektromagnetik melalui mekanisme konversi
tertentu (efek elektrokinetik). Dalam tugas akhir ini telah dilakukan pengukuran
seismoelektrik dengan menggunakan single channel (antena dipol) dan diperoleh rekaman
sinyal dalam bentuk trace-trace sinyal. Dengan menggunakan metode pengurangan blok,
sinyal-sinyal yang terekam kemudian diolah untuk menekan noise yang juga ikut terekam.
Dalam tugas akhir ini akan digunakan beberapa tools pengolahan sinyal seperti Microsoft
Excel dan MATLAB Signal Processing Toolbox.
Adapun parameter-parameter fisis yang diukur selama pengambilan data antara lain
amplitudo terhadap waktu. Setelah pengolahan data akan diperoleh hubungan antar-besaran
fisis yang lain yaitu porositas, permeabilitas, dan densitas material-material bawah
permukaan. Sinyal-sinyal seismoelektrik ini mengandung informasi bawah permukaan yang
diobservasi dan berguna untuk mengetahui kondisi bawah permukaan terutama mengenai
bidang batas antarlapisan.
Kata kunci: efek elektrokinetik, noise, pengurangan blok, porositas, permeabilitas, densitas.
4
(halaman ini sengaja dikosongkan)
5
DAFTAR ISI
Abstract
i
Abstrak
ii
Kata Pengantar
iii
Daftar Isi
v
Daftar Gambar
vii
Daftar Lampiran
ix
Daftar Simbol
x
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang dan Rumusan Masalah
1
1.2
Ruang Lingkup Kajian
3
1.3
Tujuan Penulisan
4
1.4
Anggapan Dasar
4
1.5
Metode dan Teknik Pengumpulan Data
5
1.6
Sistematika Penulisan
5
BAB II
DASAR TEORI SEISMOELEKTRIK
2.1
Fenomena Seismoelektrik Akibat Efek Elektrokinetik
6
2.2
Karakteristik Gelombang Seismoelektrik
8
2.3
Persamaan-Persamaan Pengendali (Governing Equations)
Kopling Elektromagnetik dan Elastik Pada Batuan Berpori
Jenuh Tersaturasi Fluida
10
6
BAB III
METODE PENGAMBILAN
DAN PENGOLAHAN DATA SEISMOELEKTRIK
3.1
Metode Pengambilan Data Lapangan
19
3.2
Metode Pengolahan Data
21
3.3
Pengolahan Data Digital
27
BAB IV
HASIL PENGUKURAN LAPANGAN, PENGOLAHAN,
DAN ANALISIS DATA SEISMOELEKTRIK
4.1
Data Hasil Pengukuran
31
4.2
Pengolahan Data
34
4.3
Analisis Keseluruhan Trace
39
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
41
5.2
Saran
41
DAFTAR PUSTAKA
43
LAMPIRAN-LAMPIRAN
44
7
DAFTAR GAMBAR
Gbr.
2.1
Fenomena seismoelektrik yang disebabkan oleh pemisahan muatan
7
2.2
Medan koseismik dari gelombang P (akibat akumulasi muatan “+” dan “-“)
8
2.3
Diagram konversi seismoelektrik pada bidang batas
8
2.4
Respon bidang batas yang terbentuk ketika gelombang P mengenai bidang batas 9
2.5
Gambaran skematik dari “medan langsung” seismoelektrik
10
3.1
Konfigurasi sumber-penerima pada pengukuran seismoelektrik
20
3.2
Gambaran metode pengurangan blok
25
4.1
Sinyal seismoelektrik rekaman 1 dan hasil FFT-nya
31
4.2
Sinyal seismoelektrik rekaman 2 dan hasil FFT-nya
31
4.3
Sinyal seismoelektrik rekaman 3 dan hasil FFT-nya
32
4.4
Sinyal seismoelektrik rekaman 4 dan hasil FFT-nya
32
4.5
Sinyal seismoelektrik rekaman 5 dan hasil FFT-nya
32
4.6
Sinyal seismoelektrik rekaman 6 dan hasil FFT-nya
32
4.7
Sinyal seismoelektrik rekaman 7 dan hasil FFT-nya
33
4.8
Sinyal seismoelektrik rekaman 8 dan hasil FFT-nya
33
4.9
Proses pengurangan blok pada rekaman 1
35
4.10
Proses pengurangan blok pada rekaman 2
35
4.11
Proses pengurangan blok pada rekaman 3
36
4.12
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 1 dan hasil FFT-nya
37
4.13
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 2 dan hasil FFT-nya
37
8
Gbr.
4.14
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 3 dan hasil FFT-nya
37
4.15
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 4 dan hasil FFT-nya
37
4.16
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 5 dan hasil FFT-nya
38
4.17
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 6 dan hasil FFT-nya
38
4.18
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 7 dan hasil FFT-nya
38
4.19
Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 8 dan hasil FFT-nya
38
A
Komposisi dan spesifikasi porous pot
44
9
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
A
Alat dan Bahan
B
Sejarah Perkembangan Metode Seismoelektrik dan Aplikasinya
C
44
Dalam Eksplorasi Geofisika
46
Data Rekaman Sinyal Setiap Trace dan Pengurangan Blok
51
10
DAFTAR SIMBOL
τ
t
bulk tensor tegangan
pf
tekanan fluida
v
u
perpindahan seismik pada matriks batuan
v
w
perpindahan relatif fluida terhadap matriks
v
F
faktor sumber seismik
t
I
tensor identitas
ρ
densitas bulk medium
ρf
densitas fluida
ρs
densitas matriks batuan
η
viskositas fluida pada rongga
ω
frekuensi sudut (angular) gelombang
k (ω)
permeabilitas medium
KG
modulus bulk Gassmann
G
modulus geser
C, M, H
modulus-modulus Biot
φ/ φ
porositas medium
Kfr
modulus kerangka bulk butiran
Kf
modulus fluida pengisi batuan berpori
Ks
modulus butiran batuan
v
J
rapat arus listrik
v
D
perpindahan elektrik
v
E
medan listrik
11
v
H
medan magnetik
v
B
induksi magnetik
v
C
faktor sumber berupa rapat arus injeksi
εo
permitivitas listrik vakum
μo
permeabilitas magnetik vakum
κ
konstanta dielektrik medium
κf
konstanta dielektrik relatif fluida
κs
konstanta dielektrik relatif fasa padatan
α∞
turtuositas medium
L
koefisien kopling elektromagnetik
σ (ω)
konduktivitas listrik medium
12
(halaman ini sengaja dikosongkan)
13