METODE GEOFISIKA SEISMIK (Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Geofisika) Disusun Oleh : NOURMA INDAH RINI 170210102095 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JEMBER 2020 A. TEORI ELASTISITAS BATUAN Elastisitas adalah kecenderungan pada suatu benda untuk berubah dalam bentuk baik panjang, lebar maupun tingginya, tetapi massanya tetap, hal itu disebabkan oleh gaya yang menekan atau menariknya, pada saat gaya ditiadakan bentuknya akan kembali seperti semula. Sehingga dari pengertian elastisitas diatas dapat diketahui bahwa elastisitas batuan yaitu kecenderungan pada batuan untuk berubah bentuk karena ada gaya yang bekerja pada batuan tersebut. Benda yang diberi gaya akan mempunya tiga fasa yaitu fasa elastis,fasa plastis dan fasa rapuh. Dimana fasa elastis yaitu fasa dimana suatu benda akan mempunyai kecenderungan untuk kembali ke keadaan semula setelah diberi gaya dan fasa plastis merupakan fasa dimana apabila suatu benda diberi gaya maka titik limit elastis inilah yang disebut dengan fasa plastis. Sedangkan fasa pecah yaitu keadaan setelah suatu benda melalui titik limit elastisnya maka benda tersebut akan pecah. Sifat elastisitas batuan dinyatakan dengan modulus elastisitas atau modulus Young (E), dan nisbah Poisson (υ). Modulus elastisitas merupakan faktor kesebandingan antara tegangan normal dengan regangan relatifnya, sedangkan nisbah Poisson merupakan kesebandingan antara regangan lateral dengan regangan aksial. Sedangkan modulus elastisitas sangat tergantung pada komposisi mineral, porositas, jenis perpindahan, dan besarnya beban yang diterapkan. Sifat Elastisitas dan Kecepatan Batuan Sifat elastis pada batuan, dipengaruhi oleh : Sifat mineral dan unsur-unsurnya Sifat mineral dan unsur-unsur batuan dapat diketahui dari Bentuk kristal (crystall form), berat jenis, bidang belah,warna mineral batuan dan kekerasan. 1. Bentuk kristal Apabila suatu mineral mempunyai kesempatan untuk berkembang tanpa mendapat hambatan, maka ia akan mempunyai bentuk kristal yang khas. Tetapi apabila dalam perkembangannya ia mendapat hambatan, maka bentuk kristalnya juga terganggu. Setiap mineral akan mempunyai sifat bentuk kristal yang khas. Dimana kekhasan tersebut merupakan perwujudan kenampakan luar, yang terjadi sebagai akibat dari susunan kristalnya didalam. Bentuk kristal antara lain adalah sebagai berikut. Untuk dapat memberikan gambaran bagaimana suatu bahan padat yang terdiri dari mineral dengan bentuk kristalnya yang khas dapat terjadi, kita contohkan suatu cairan panas yang terdiri dari unsur-unsur Natrium dan Chlorit. Selama suhunya tetap dalam keadaan tinggi, maka ion-ion tetap akan bergerak bebas dan tidak terikat satu sama lain. Namun, begitu suhu cairannya turun maka kebebasan bergeraknya akan berkurang dan hilang, selanjutnya mereka mulai terikat dan berkelompok untuk membentuk persenyawaan “Natrium Chlorit”. Dengan semakin menurunnya suhu serta cairan mulai mendingin, kelompok tersebut semakin tumbuh membesar dan membentuk mineral yang padat. Mineral “kuarsa”, dapat kita jumpai hampir disemua batuan, namun umumnya pertumbuhan terbatas. Meskipun demikian bentuknya yang tidak teratur tersebut masih tetap dapat memperlihatkan susunan ion-ionnya yang ditentukan oleh struktur kristalnya yang khas, yaitu bentuknya yang berupa prisma bersisi enam. Tidak peduli apakah ukurannya sangat kecil atau besar karena pertumbuhannya yang sempurna, bagian dari prisma segi enam dan besarnya sudut antara bidang-bidangnya akan tetap dapat dikenali. Kristal intan dapat dikenali dari bentuknya yang segi delapan dan mineral grafit dengan segi enamnya yang pipih, meskipun keduanya mempunyai susunan kimiawi yang sama yaitu keduanya tersusun dari karbon . Perbedaan bentuk kristal tersebut terjadi karena susunan atom C yang berbeda. 2. Berat jenis Setiap mineral mempunyai berat jenis tertentu. Besarnya ditentukan oleh unsur-unsur pembentuknya serta kepadatannya dari ikatan unsur-unsur tersebut dalam susunan kristalnya. Umumnya mineralminaral pembentuk batuan mempunyai berat jenis sekitar 2,7. Meskipun berat jenis rata-rata unsur metal didalamnya antara 5. Misalnya Emas murni mempunyai berat jenis 19,3. 3. Bidang belah Mineral mempunyai kecenderungan untuk pecah melalui suatu bidang yang mempunyai arah tertentu. Arah tersebut ditentukan dari atomatomnya. Dapat dikatakan bahwa bidang tersebut merupakan bidang “lemah” yang dimiliki oleh suatu mineral. 4. Warna Warna mineral memang bukan merupakan pencirian utama untuk dapat membedakan antara mineral yang satu dengan yang lainnya. Namun paling tidak ada warna-warna yang khas yang dapat digunakan untuk mengenali adanya unsur tertentu yang ada di dalamnya. Misalnya warna terang diindikasikan banyak mengandung aluminium. 5. Kekerasan Salah satu kegunaan dalam mendiagnosa sifat mineral adalah mengetahui kekerasan mineral. Kekerasan adalah sifat resistensi dari suatu mineral terhadap kemudahan mengalami abrasi dan mudah tergores. Kekerasan suatu mineral bersifat relatif, artinya apabila dua mineral saling digoreskan satu sama lainnya, maka mineral yang tergores adalah mineral yang relatif lebih lunak dibandingkan dengan mineral lawannya. Sifat Ikatan Mineral pembentuk batuan merupakan penyusun utama batuan dari kerak dan mantel bumi. Mineral pembentuk batuan ini dapat dikelompokkan menjadi 4 yaitu silikat, oksida, sulfida, dan karbonat sulfat. Sifat-sifat ikatan antara lain : 1. Ikatan Logam Elemen logam merupakan elemen yang atom-atomnya mudah melepaskan elektron valensinya. 2. Ikatan Kovalen Merupakan konfigurasi elektron yang paling stabil karena elektron valensinya terisi penuh. 3. Ikatan Ion Memiliki konfigurasi elektron yang terdekat dengan konfigurasi elektron gas mulia. 4. Ikatan Van deer Waals Mempunyai gaya tarik menarik yang lemah antar atomnya. Tekanan Tekanan pada batuan didefinisikan sebagai tekanan antara fluida yang membasahi batuan dengan fluida yang bersifat tidak membasahi batuan jika didalam batuan tersebut terdapat dua atau lebih fasa fluida yang tidak bercampur dalam kondisi statis. Temperatur Pada waktu terjadi pembekuan, turunnya suhu berjalan sangat lambat, maka terjadilah pengkristalan yang sempurna dimana ukuran kristalnya besar-besar dan kasar. Pengkristalan yang kurang sempurna disebut berstruktur porfiris, terdiri dari feldspar, biotit, kwarsa, dan Kristal-kristal kecil yang halus disebut masa dasar (ground massa), sedangkan kristar besar yang terdapat diantara masa dasar disebut fenokris (Kristal sulung). Batuan dapat dikategorikan elastis namun tidak semua batuan bersifat elastis. Biasanya terdapat beberapa jenis batuan akan menampakan sifat elastisitasnya untuk harga-harga tertentu,tergantung dari besarnya tegangan yang diberikan. Teori elastisitas merupakan dasar dari perambatan gelombang. Proses perambatan gelombang yang terjadi di dalam lapisan batuan dikontrol oleh sifat elastisitas batuan. Artinya bagaimana suatu batuan terdeformasi ( mengalami perubahan bentuk) itu disebabkan oleh gaya yang bekerja pada batuan tersebut. Teori elastisitas berhubungan dengan deformasi yang disebabkan oleh tekanan yang dikenakan pada batuan tertentu. Tekanan atau stress adalah gaya per satuan luas, sedangkan strain adalah jumlah deformasi material per satuan luas. Jika stress diterapkan pada batuan maka batuan tersebut akan terdeformasi yang menyebabkan terjadinya strain. B. PRINSIP FISIKA METODE SEISMIK Metode seismik adalah salah satu metode eksplorasi yang didasarkan pada pengukuran respon gelombang seismik (suara) yang dimasukkan ke dalam tanah dan kemudian direleksikan atau direfraksikan sepanjang perbedaan lapisan tanah atau batas-batas batuan. Sumber seismik umumnya adalah palu godam (sledgehammer) yang dihantamkan pada pelat besi di atas tanah, benda bermassa besar yang dijatuhkan atau ledakan dinamit. Respons yang tertangkap dari tanah diukur dengan sensor yang disebut geofon, yang mengukur pergerakan bumi. Metode seismik merupakan metode geofisika yang sering digunakan dalam mencitrakan kondisi bawah permukaan bumi, terutama dalam tahap eksplorasi hidrokarbon dengan menggunakan prinsip perambatan gelombang mekanik. Prinsip metode seismik yaitu pada tempat atau tanah yang akan diteliti dipasang geophone yang berfungsi sebagai penerima getaran. Sumber getar antara lain bisa ditimbulkan oleh ledakan dinamit atau suatu pemberat yang dijatuhkan ke tanah (Weight Drop). Gelombang yang dihasilkan menyebar ke segala arah. Ada yang menjalar di udara, merambat di permukaan tanah, dipantulkan lapisan tanah dan sebagian juga ada yang dibiaskan, kemudian diteruskan ke geophone-geophone yang terpasang dipermukaan (lihat Gambar 3.1). Gambar 3.1. Sketsa survei seismik (Landmark, 1995). Hukum Fisika Gelombang Seismik 1. Hukum Snellius Perambatan gelombang seismik dari satu medium ke medium lain yang mempunyai sifat fisik yang berbeda seperti kecepatan dan densitas akan mengalami perubahan arah ketika melewati bidang batas antar medium. Suatu gelombang yang datang pada bidang batas dua media yang sifat fisiknya berbeda 22 akan dibiaskan jika sudut datang lebih kecil atau sama dengan sudut kritisnya dan akan dipantulkan jika sudut datang lebih besar dari sudut kritis. Sudut kritis adalah sudut datang yang menyebabkan gelombang dibiaskan 900 . Jika suatu berkas gelombang P yang datang mengenai permukaan bidang batas antara dua medium yang berbeda, maka sebagian energi gelombang tersebut akan dipantulkan sebagai gelombang P dan gelombang S, dan sebagian lagi akan dibiaskan sebagai gelombang P dan gelombang S, seperti yang diilustrasikan pada gambar dibawah ini : Lintasan gelombang tersebut mengikuti hukum Snell, yaitu : dengan, 1 = sudut datang gelombang P, 1’ = sudut pantul gelombang P, 1 = sudut pantul gelombang S, 2 = sudut bias gelombang P, 2’ = sudut bias gelombang S, VP1= kecepatan gelombang P pada medium pertama, VP2= kecepatan gelombang P pada medium kedua, VS1 = kecepatan gelombang S pada medium pertama, VS2 = kecepatan gelombang S pada medium kedua, p = parameter gelombang, dan 1 = 1’ 1, 2 = lapisan 1 dan lapisan 2 2. Prinsip Huygens Huygens mengantakan bahwa gelombang menyebar dari sebuah titik sumber gelombang ke segala arah dengan bentuk bola. Prinsip Huygens mengatakan bahwa setiap titik-titik penganggu yang berada didepan muka gelombang utama akan menjadi sumber bagi terbentuknya gelombang baru. Jumlah energi total dari gelombang baru tersebut sama dengan energi utama. Pada eksplorasi seismik titiktitik di atas dapat berupa patahan, rekahan, pembajian, antiklin, dll. Sedangkan gelombang baru tersebut disebut sebagai gelombang difraksi. 3. Prinsip Fermat Prinsip Fermat menyatakan bahwa gelombang yang menjalar dari satu titik ke titik yang lain akan memilih lintasan dengan waktu tempuh tercepat. Prinsip Fermat dapat diaplikasikan untuk menentukan lintasan sinar dari satu titik ke titik yang lainnya yaitu lintasan yang waktu tempuhnya bernilai minimum. Dengan diketahuinya lintasan dengan waktu tempuh minimum maka dapat dilakukan penelusuran jejak sinar yang telah merambat di dalam medium. Penelusuran jejak sinar seismik ini akan sangat membantu dalam menentukan posisi reflektor di bawah permukaan. Jejak sinar seismik yang tercepat ini tidaklah selalu berbentuk garis lurus. C. KECEPATAN GELOMBANG SEISMIK 1. Gelombang Badan/ Body Wave Gelombang badan adalah gelombang yang menjalar dalam media elastik dan arah perambatannya keseluruh bagian di dalam bumi. Berdasarkan gerak partikel pada media dan arah penjalarannya gelombang dapat dibedakan menjadi gelombang P dan gelombang S. Gelombang P disebut dengan gelombang kompresi/gelombang longitudinal. Gelombang ini memiliki kecepatan rambat paling besar dibandingkan dengan gelombang seismik yang lain, dapat merambat melalui medium padat, cair dan gas. Persamaan dari kecepatan gelombang P adalah sebagai berikut : Gelombang S disebut juga gelombang shear/ gelombang transversal. Gelombang ini memiliki cepat rambat yang lebih lambat bila dibandingkan dengan gelombang P dan hanya dapat merambat pada medium padat saja. Gelombang S tegak lurus terhadap arah rambatnya. Persamaan dari kecepatan Gelombang S ( adalah sebagai berikut : 2. Gelombang Permukaan Gelombang permukaan merupakan salah satu gelombang seismik selain gelombang badan. Gelombang ini ada pada batas permukaan medium. Berdasarkan pada sifat gerakan partikel media elastik, gelombang permukaan merupakan gelombang yang kompleks dengan frekuensi yang rendah dan amplitudo yang besar, yang menjalar akibat adanya efek free survace dimana terdapat perbedaan sifat elastik (Susilawati, 2008). Jenis dari gelombang permukaan ada dua yaitu gelombang Reyleigh dan gelombang Love. Gelombang Reyleigh merupakan gelombang permukaan yang Orbit gerakannya elips tegak lurus dengan permukaan dan arah penjalarannya. Gelombang jenis ini adalah gelombang permukaan yang terjadi akibat adanya interferensi antara gelombang tekan dengan gelombang geser secara konstruktif. Persamaan dari kecepatan gelombang Reyleigh ( adalah sebagai berikut : Gelombang Love merupakan gelombang permukaan yang menjalar dalam bentuk gelombang transversal yang merupakan gelombang S horizontal yang penjalarannya paralel dengan permukaannya (Gadallah and Fisher, 2009). D. METODE INTERCAPT TIME Metode Intercept Time adalah metode T-X (waktu terhadap jarak) yang merupakan metode yang paling sederhana dan hasilnya cukup kasar, seperti yang digambarkan pada gambar(1). Dengan z1 adalah kedalaman pada lapisan 1,adalah sudut antara garis gelombang datang dengan garis normal serta dapat diartikan sudut antara garis gelombang bias dengan garis normal dan variabel x adalah jarak antara titik tembak (A) dengan geophone (D). Metode Intercept Time adalah metode T-X (waktu terhadap jarak) yang merupakan metode yang paling sederhana dan hasilnya cukup kasar, seperti yang digambarkan pada gambar (2a) (Sismanto, 1999). E. PENGERTIAN SEISMIK REFRAKSI DAN SEISMIK REFLEKSI Seismik Refraksi Seperti namanya yaitu seismik refraksi yang berarti bias, metoda seismik refraksi adalah mengukur gelombang datang yang dibiaskan sepanjang formasi geologi di bawah permukaan tanah. Seismik refraksi digunakan berdasarkan waktu jalar dari getaran medium/tanah yang dibangkitkan oleh sebuah sumber pada jarak yang bervariasi. Data yang direkam terdiri dari deretan data fungsi waktu dan kedalaman. kemudian data tersebut diinterpretasi untuk menentukan kedalaman bidang batas di bawah permukaan dan kecepatan penjalaran gelombang masing-masing lapisan. Peristiwa refraksi umumnya terjadi pada muka air tanah dan bagian paling atas formasi bantalan batuan cadas. Grafik waktu datang gelombang pertama seismik pada masing-masing geofon memberikan informasi mengenai kedalaman dan lokasi dari horizon-horizon geologi ini. Informasi ini kemudian digambarkan dalam suatu penampang silang untuk menunjukkan kedalaman dari muka air tanah dan lapisan pertama dari bantalan batuan cadas. Seismik Refleksi Metode seismik refleksi mengukur waktu yang diperlukan suatu impuls suara untuk melaju dari sumber suara, terpantul oleh batasbatas formasi geologi, dan kembali ke permukaan tanah pada suatu geophone. Analisis yang dipergunakan dapat disamakan dengan echo sounding pada teknologi bawah air, kapal, dan sisitem radar. Informasi tentang medium juga dapat diekstrak dari benuk dan amplitudo gelombang pantul yang direkam. Metode seismik refleksi banyak dimanfaatkan untuk keperluan Explorasi perminyakan, penetuan sumber gempa ataupun mendeteksi struktur lapisan tanah. Seismic refleksi hanya mengamati gelombang pantul yang datang dari batas-batas formasi geologi. Gelombangpantul ini dapat dibagi atas beberapa jenis gelombang yakni: Gelombang-P, Gelombang-S, Gelombang Stoneley, dan Gelombang Love. F. PERBEDAAN METODE SEISMIK REFRAKSI DAN REFLEKSI REFRAKSI AKUISI DATA 1. Sumber Getaran (Palu, Weight Drop atau Dinamit) 2. Trigger (Penghubung sumber getaran dan pencatat getaran) REFRLEKSI 1. Offset Terjauh dan Terdekat 2. Grup Interval 3. Ukuran Sumber Listrik 3. Perekam dan Display 4. Kedalaman Sumber 4. Geophone 5. Kelipatan Liputan (Fold 5. Alat Ukur satuan Panjang Coverage) 6. Peta Lapangan 6. Laju Pencuplikan 7. Peralatan Komunikasi 7. Tapis Potong Rendah (Low 8. Kompas 9. Lembar Data Lapangan Cut Filter) 8. Frekuensi Geophone 9. Panjang Rekaman 10. Rangkaian Geophone 11. Larikan Bentang Geophone 12. Panjang, Arah, dan Spasi Lintasan INTERPRE 1. Metode Intercept Time TASI 2. Metode Plus/Minus DATA 3. Metode Hagiwara 1. Indentifikasi Perubahan Amplitudo dan Struktur 2. Garis Kontur 3. Interpretasi Stratigrafi 4. Interpretasi 3D, VSP, AVO 5. Interpretasi Tomografi PENERAP menentukan kedalaman batuan dasar, mengetahui sifat-sifat batuan yang AN litologi batuan dasar (bed rock), sesar, ada di bawah permukaan bumi dan kekerasan batuan. DAFTAR PUSTAKA Asparini Dewi. 2011. Penerapan Metode Stacking dalam Pemrosesan Sinyal Seismik Laut di Perairan Barat Aceh. Bogor. IPB Elnashai, S.A. dan Sarno, D.L. 2008. Fundamental of Earthquake Engineering. Wiley. Hongkong Gadallah, R.M dan Fisher, R. 2009. Exploration Geophysics. Springer. Berlin Hutabarat, R.G. 2009. Integrasi Inversi Seismik dengan Atribut Amplitudo Seismik untuk Memetakan Distribusi Reservoar pada Lapangan Blackfoot. Jakarta. Universitas Indonesia Jamady Aris. 2011. Kuantifikasi Frekuensi dan Resolusi Menggunakan Seismik Refleksi di Perairan Maluku Utara. Bogor. IPB Susilawati. 2004. Seismik Refraksi (Dasar Teori dan Akuisisi Data). Sumatera Utara : USU Digital Library
