Pemodelan Kedepan(Forward Modeling)

JURNAL APLIKASI FISIKA
VOLUME 6 NOMOR 2
AGUSTUS 2010
Pemodelan Kedepan(Forward Modeling) 2 Dimensi Data Magnetik
Untuk Identifikasi Bijih Besi Di Lokasi X, Propinsi Sumatra Barat
Deniyatno
Jurusan Fisika F.MIPA Universitas Haluoleo
Kampus Bumi Tri Dharma Anduonohu, Kendari, Sulawesi Tenggara
E-mail : [email protected], [email protected]
Abstrak
Penyelidikan keberadaan mineral bijih besi dengan menggunakan metoda geofisika telah dilakukan di lokasi
X, dari hasil penelitian menujukkan Peta Anomali magnetik hasil perhitungan menunjukkan nilai anomali
antara -2000 nT hingga 2000 nT yang diakibatkan oleh pengaruh dari adanya sifat benda magnetik.
Pemodelan kedepan 2 Dimensi dilakukan dari peta anomali magnetik yang di potong (Slice) dengan arah
Utara selatan yang menujukkan adanya terobosan batuan yang menpunyai sifat magnetik dengan
suseptibilitas 0.2 – 0.6 (SI) yang diinterpretasikan sebagai terobosan batuan yang mengandung mineral bijih
besi.
mendatar dekstral (right handed wrench fault).
Hubungan struktur geologi satu terhadap
lainnya selain mengontrol sebaran batuan di
permukaan juga menjadikan daerah ini cukup
kompleks secara tektonik. Terbentuknya
sejumlah struktur sesar yang cukup rapat
ternyata diikuti oleh aktifitas magmatik yang
menghasilkan tubuh-tubuh intrusi batuan beku.
Aktifitas magmatik inilah yang membawa
cebakan mineral bijih. Seluruh batuan
penyusun di daerah penyelidikan telah
mengalami deformasi yang kuat. Produk
tektonik di daerah penyelidikan berupa
struktur lipatan, kekar dan sesar. [2][6]
1. Pendahuluan
Indonesia adalah salah satu negara yang
kaya akan sumberdaya mineral, minyak, dan
gas bumi. Sektor pertambangan di Indonesia
merupakan salah satu sektor yang menjadi
andalan pemerintah dalam menghasilkan
devisa
negara
sehingga
dalam
perkembangannya sektor ini dituntut untuk
dapat memberikan hasil yang lebih optimal
terutama dalam sumberdaya mineralnya.
Sumberdaya mineral merupakan endapan
mineral berharga yang terdapat di suatu
wilayah, baik yang sudah diketahui maupun
yang masih bersifat potensi, salah satunya
adalah mineral bijih besi.
Dalam penelitian ini, aplikasi metode
magnetik diharapkan dapat memberikan
informasi yang lebih rinci mengenai
keberadaan bijih besi di bawah permukaan
bumi, yang diperkirakan berada di lokasi
penelitian,
sehinggadiharapkan
dapat
menghasilkan suatu interpretasi keberadaan
bijih besi untuk dapat diestimasi dengan baik.
3. Teori Dasar
Anomali Magnetik Umum
Suatu volume material magnetik dapat
dianggap sebagai suatu gabungan dipol-dipol
magnet yang diakibatkan oleh momen magnet
individual atom-atom dan dipol-dipol. Jika
pada mulanya keduanya tergabungkan maka
suatu benda menunjukan sifat magnet
remanenn yang bergantung pada sejarah
magnetik sebelumnya.
2.
Geologi Daerah Penelitian
Lokasi penelitian berada di pulau
Sumatera dengan kondisi tektonik yang
dipengaruhi oleh interaksi konvergen antara
dua lempeng yang berbeda jenis. Arah gerak
kedua lempeng terhadap jalur subduksi
membentuk
sudut
lancip
sehingga
pembentukan struktur geologi di Pulau
Sumatera
didominasi
oleh
sesar-sesar
Dalam suatu kasus, kita
boleh
mengganggap benda sebagai suatu distribusi
dipol yang kontinu yang dihasilkan oleh suatu
vektor momen dipol per satuan volume, M,
dengan magnitudo M. Potensial skalar pada
titik P [lihat Gbr. 1.3 dan pers. (3.13)] dari
suatu dipol M (r >> l) adalah [1]
76
Pemodelan Kedepan (Forward Modeling) Data Magnetik untuk Identifikasi………..(Deniyatno)
A
M( r )
cos
r2
1
r
M( r )
(1)
Potensial untuk semua benda di titik
sebelah luar benda adalah
berbeda, komponen F (ro) dalam arah Fe, FD,
menjadi [Pers. (5)]
FD
A
f
A
f1
2
A
V
1
M(r )
r0
r
Resultan medan magnet diperoleh dengan
memakai persamaan (3.11) dan persamaan
(3.17). Ini memberikan
F(r0 )
V
r0
(3)
dv
r
f
(6)
dv
r0 r
V
dimana f1 adalah suatu vektor satuan dalam
arah Fe. Jika magnetisasi utamanya diinduksi
oleh Fe, maka
2
FD
1
M(r )
M
(2)
dv
77
M
f
2
2
dv
V
r0
kFe
r
f
2
V
dv
r0 r
(7)
Masalah interpretasi magnetik adalah
jelas lebih kompleks daripada masalah
gravitasi karena medan dipolar. Potensial
magnetik A, seperti potensial gravitasi U,
memenuhi persamaan Laplace dan Poisson.
Lanjutkan metode yang digunakan untuk
menurunkan persamaan (6) dan (7), kita
dapatkan [8]
2
F
Gambar 1.Anomali magnetik umum
Jika M adalah suatu vektor konstan
dengan arah α = li + mj + nk, kemudian
operasi
M
M
A
M
M l
x
dv
V
r0
m
y
n
(4)
z
(5)
r
Medan magnet dalam persamaan (5) ada
dengan kehadiran medan bumi Fe, yakni, total
medan F diberikan oleh [8]
F = Fe + F(ro)
Dimana arah Fe dan F (ro) tidak mesti
sama. Jika F (ro) lebih kecil daripada Fe atau
jika benda tidak memiliki magnetis sisa, F dan
Fe kira-kira arahnya akan sama. Dimana F (ro)
adalah suatu fraksi Fe yang besar (katakanlah,
25 % atau lebih) dan mempunyai arah yang
A
4
p
p adalah kuat kutub positif per satuan volume
pada suatu titik. Kita mengatakan bahwa suatu
medan F menghasilkan suatu reorientasi
parsial sepanjang arah medan acak dipol dasar
yang terorientasi. Kasus ini, pada efeknya,
suatu pemisahan kutub positif dan kutub
negatif. Untuk contoh, komponen x dari F
memisahkan kuat +q dan –q dengan suatu
jarak ξ sepanjang sumbu x dan menyebabkan
suatu kuat kutub positif (qξ) dy dz = Mx dy dz
untuk mendapatkan yang tampak belakang
pada gambar A.2a. Oleh karena kuat kutub
melalui permukaan yang berlawanan adalah
{Mx + (∂Mx/∂x) dx} dy dz, kuat kutub positif
per satuan volume (p) yang dihasilkan pada
suatu titik oleh medan F adalah
M.
Jadi,[8]
2
A
4
M(r )
(8)
Dalam medium non magnetik, M = 0 dan
2
A
0
Medan Magnetik Bumi
Bumi merupakan dipole magnetik yang
besar dengan kutub-kutub magnetik utara dan
selatan terletak kira-kira 75o lintang utara, 101o
78
JAF, Vol. 6 No. 2 (2010), 76-82
bujur barat, dan 67o lintang selatan, 143o bujur
timur. Pusat dipole ini bergese kira-kira 750
mil dari pusat geometris bumi dan sumbunya
miring 18o terhadap diameter kutub-kutub
bumi. Medan magnet bumi dinyatakan dalam
besar dan arah (vektor), dengan arahnya
dinyatakan dalam dekilinasi (penyimpangan
terhadap arah utara-selatan geografis) dan
inkiinasi (penyimpangan terhadap arah
horisontal). Kuat medan magnet yang terukur
di permukaan sebagian besar berasal dari
dalam bumi (internai field) mencapai lebih
dari 90%, sedangkan sisanya adalah medan
magnet dari kerak bumi yang merupakan target
dalam eksplorasi geofisika dan medan dari luar
bumi (externat field). Karena medan magnet
dari dalam bumi merupakan bagian yang
terbesar, maka medan ini seringjuga disebut
sebagai medan utama (main field) yang
dihasilkan oleh adanya aktifitas di dalam inti
bumi bagian luar (outer core), dengan salah
satu konsep adanya medan utama ini adalah
dari teori dinamo.
Magnitudo F, sudut inklinasi I, dan sudut
deklinasi D mendefinisikan medan magnet
utama. Selain D dan I dalam geofisika
eksplorasi, medan utama sering juga
dinyatakan dalam komponen vertikal Ze yang
bernilai positip jika kebawah dan komponen
horizontal He yang harganya selalu positip .
Kompoen horizontal He memiliki komponen
Xe untuk arah utara dan Ye untuk arah timur.
Komponen medan magnet utama bumi
diilustrasikan pada gambar 2., dan hubungan
komponen-komponen ini disajikan pada
persamaan 9[7]
Fe
2
H e2
Z e2
X e2
Ye2
Fe cos I
Ze
Fe sin I
Xe
H e cos D
Ye
H e sin D
Fe
Fe f 1
Ye / X e
tan I
Asal dari medan magnet utama ini disebabkan
oleh arus listrik yang mengalir berputar di
dalam inti luar bumi yang membentang dari
jari-jari 1300 km hingga 3500 km. Inti bumi
diasumsikan merupakan campuran besi dan
nikel, keduanya konduktor listrik yang baik.
Sumber magnetik bumi dapat dianggap
sebagai dinamo-pembangkit-sendiri (selfexcited dynamo) dalam fluida konduktif yang
bergerak yang disebabkan oleh arus konveksi.
Pemodelan Ke Depan 2D (Forward
Modeling 2D)
Z e2
He
tan D
Gambar 2. Unsur-unsur medan magnet Bumi
(9)
Ze / H e
Fe (cos D cos Ii sin
si D cos Ij sin
si Ik )
Gambar 3. Model 2D benda poligon
Pemodelan ke depan adalah pembuatan
model melalui pendekatan berdasarkan intuisi
geologi, berdasarkan ; medan magnet
pengamatan, medan magnet teori (IGRF-
Pemodelan Kedepan (Forward Modeling) Data Magnetik untuk Identifikasi………..(Deniyatno)
International Geomagnetic Reference Field),
medan magnet harian dapat dilakukan
interpretasi (analisis) berupa pemodelan bawah
pemukaan. Dalam interpretasi geofisika dicari
suatu model yang menghasilkan respon yang
cocok atau fit dengan data pengamatan.
Dengan demikian, model tersebut dianggap
mewakili kondisi bawah permukaan.
benda anomali dengan geometri dan harga
kemagnetan tertentu. Untuk memperoleh data
kesesuaian antara data teoritis (respon model)
dengan data lapangan dapat dilakukan dengan
proses coba-coba (trial and error) dengan
mengubah harga parameter model.[3]
Anomali benda 2 dimensi
poligon
ditentukan dengan menggunakan metoda
Talwani. Besarnya anomali magnetik dua
dimensi dari benda poligon ( gbr 3) adalah :[3]
Pemodelan ke depan (forward modeling)
data magnetik dilakukan dengan membuat
2
2
T (0) 2M (c
(cos i sin
2
2 sin i cos i sin
x2
zx
1
)2 2d d
)2 (z
ln ( x
2
2
ssin i)
79
s
2
2M(1 cos
c
2
ln ( x
)
2
2
2
2
c 2
cos i ) cos
(z
)
2
1
2
x2
s 2
sin
z x
(10)
d d
s
Persamaan menujukkan bahwa anomali
magnet bergantung pada; geometri benda,
suseptibilitas, inklinasi, deklinasi serta medan
magngnet bumi
n
T (0)
2M (1 cos2 ccos2 i )
k 1
Bentuk persamaan numerik untuk anomali
magnet total dua dimensi adalah
1
a
2
k
( A)(B) (C)(D)
1
(11)
Dimana:
A
B
a k cos 2
sin
s 2
(1 a k2 ) z k2 1
(1 a k2 ) z k2
C
a k sin 2
D
tan
1
2a k bk z k
2a k bk z k
bk2
bk2
cos
c 2
(1 ak2 ) z k
bk
4. Metodologi
Koreksi Variasi Harian
Koreksi variasi harian dimaksudkan untuk
mendapatkan anomali magnetik yang tidak
dipengaruhi efek medan luar (aktivitas
1
1
ak
tan
1
(1 ak2 ) z k1
bk
ak
matahari). Aktivitas sinar matahari pada siang
hari menyebabkan terionisasinya elektronelektron yang ada di atmosfir sehingga akan
timbul medan magnet sekunder yang terdeteksi
oleh sensor alat, saat dilakukan survei
80
JAF, Vol. 6 No. 2 (2010), 76-82
inklinasi, deklinasi dan informasi geologi dari
magnetik. Koreksi variasi harian dilakukan
dengan mengurangkan data pengukuran medan
lokasi penelitian.
magnet di lapangan dengan pengukuran medan
5. Hasil Penelitian
magnet di titik ikat yang diukur secara berkala.
Peta anomali magnetik total
Harga pembacaan medan magnet di titik ikat
Dari data yang diperoleh dilapangan dilakukan
diinterpolasi agar sesuai dengan waktu
pengolahan data untuk membuat peta anomali
pembacaan medan magnet di lapangan.
magnetik total berikut:
Konstanta harga variasi harian ditentukan
9992400
B
dengan cara mengambil harga rata-rata dari
9992300
keseluruhan harga pembacaan di titik ikat.
nT
Koreksi IGRF
D
9992200
F
Koreksi IGRF dilakukan dengan cara
mengurangkan data nilai medan magnet utama 9992100
bumi di daerah penelitian yang didapat melalui 9992000
C
pendekatan matematis dari intensitas magnet 9991900
utama bumi atau IGRF (International
E
Geomagnetik Refference Field) terhadap 9991800
medan magnet bumi total di titik pengamatan. 9991700
Data
IGRF
diperoleh
melalui
9991600
www.ngdc.noaa.gov yang diperbaiki setiap
lima tahun sekali. Persamaan matematisnya 9991500
A
adalah sebagai berikut :
9991400
624600
624800
625000
625200
625400
HOb = HAn - HVH - HIGRF
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800
-1000
-1200
-1400
-1600
-1800
-2000
dimana :
HOb =
Medan magnet terukur (medan
magnet total bumi)
HAn =
Medan anomali magnetik batuan
HVH =
Medan magnet luar (pengaruh
variasi harian)
HIGRF = Medan magnet utama bumi
Pemodelan kedepan (forward modeling)
Untuk menggambarkan kondisi bawah
permukaan (subsurface) lokasi penelitian tidak
cukup hanya dengan pengolahan kualitatif,
oleh karena itu perlu dilakukan pengolahan
kuantitatif untuk memastikan kondisi bawah
permukaan berdasarkan model magnetik dan
geologi. Pengolahan kuantitatif dilakukan
dengan cara pemodelan ke depan (forward
modeling) menggunakan perangkat lunak
Geomodel untuk pemodelan 2 dimensi dengan
menggunakan informasi parameter IGRF,
Gambar 4. Peta Anomali magnetik lokasi
penelitian. Garis merah tegas adalah lintasan profill
2D, garis biru putus-putus adalah intrepretasi posisi
bijih besi dan (•) adalah stasion pengukuran
Peta anomaly megnetik total menujukkan
pola yang mengindikasikasikan keberadaan
tubuh magnetik yang mengandung bijih besi,
sehingga untuk menggambarkan kondisi
bawah pemukaan, maka setiap lokasi yang
mengindkasikan keberadaan tubuh bijih besi
dibuat profil lintasan untuk pemodelan
kedepan 2 dimensi;
Pemodelan kedepan
Pemodelan kedepan akan menghasilkan
profil bawah permukaan dari peta anomaly
magnetik total
Pemodelan Kedepan (Forward Modeling) Data Magnetik untuk Identifikasi………..(Deniyatno)
S
81
N
Gambar 5 Profil anomali magnetik lintasan AB selatan – utara, suseptibilitas k= 0.013 emu
N
S
Gambar 6 Profil anomali magnetik lintasan CD selatan – utara, suseptibilitas k= 0.013 emu
S
N
Gambar 7 Profil anomali magnetik lintasan EF selatan – utara, suseptibilitas k= 0.013 emu
Profil lintasan berarah Selatan-Utara yang
dibuat dari peta anomali magnetik total secara
visual menunjukkan adanya anomali yang
merupakan intrusi tubuh magnetik yang
mengandung mineral-mineral besi
Proses terjadinya cebakan bahan galian bijih
besi dilokasi penelitian berhubungan erat
dengan adanya peristiwa tektonik pramineralisasi dan peristiwa magmatik. Akibat
peristiwa tektonik, terbentuklah struktur sesar.
Struktur sesar ini merupakan zona lemah yang
82
JAF, Vol. 6 No. 2 (2010), 76-82
memungkinkan terjadinya magmatisme, yaitu
intrusi magma menerobos batuan tua, dicirikan
dengan penerobosan batuan granitik terhadap
Formasi diatasnya merupakan batuan gamping
yang berumur Perem. Peristiwa ini biasanya
disebut kontak metasomatisme, yang diikuti
proses rekristalisasi, alterasi, mineralisasi, dan
penggantian (replacement) pada bagian kontak
magma dengan batuan yang diterobosnya.[4]
Perubahan ini disebabkan karena adanya panas
dan bahan cair (fluida) yang berasal dari
aktivitas magma tersebut. Proses penerobosan
magma pada zona lemah ini hingga membeku
umumnya disertai juga dengan peristiwa
metamorfosa. Kontak metasomatisme juga
melibatkan batuan samping dalam hal ini
merupakan batuan gamping Perem yang
berada di sebelah selatan lokasi penelitian,
sehingga menimbulkan bahan cair (fluida)
seperti cairan magmatik dan metamorfik yang
banyak mengandung mineral bijih membentuk
suatu endapan bijih yang disebut endapan
skarn.[5]
6. Kesimpulan
Peta anomaly magnetic total dan profil 2D
hasil pemodelan kedepan menujukkan bahwa
pada lokasi penelitian terdapat sumber daya
alam mineral bijih besi yang bedasarkan peta
geologi
regional
menujukkan
bahwa
keberadaan tubuh bijih besi merupakan
terobosan batuan granitik yang berumur
Miosen Tengah dengan komposisi granitik dan
diorite kuarsa yang arahnya mengikuti pola
tektonik utama pulau sumatera yaitu sesar
mayor berarah Baratlaut-Tenggara.
Daftar Pustaka
[1].Blakely.R.J, 1996, Potential Theory in Gravity
and Magnetic Applications. Cambridge
University Press.
[2].Dickinson, W.R.,1971, Plate Tectonic in
Geology History:science 174, 107-13.
[3].Grant, F.S.& West, G.F., (1965), Interpretation
Theory in Applied Geophysics, McGraw-Hill,
New York.
[4].Hutchison, C.S, 1996, Geological Evolution Of
South-East Asia, Geological Society Of
Malaysia
[5].John M. Guilbert and Charles F. Park Jr., 1986,
Ore Deposit., W.H Freeman and Company,
New York.
[6].Katili, J. A., 1973, Geologi Indonesia, Memoir
60 th J. A. Katili, IAGI. Koesoemadinata, R. P.,
1980, Geologi Minyak dan Gasbumi Edisi
Kedua, 296 halaman, Penerbit ITB.
[7].Merril, Ronald T., McElhinny Michael W.,
Mcfadden, Phillip L., 1983, The Magnetic Field
of Earth, 523 halaman, Academic Press.
[8] Telford, W.M., Geldart, L.P., Sheriff, R.E.,
1990, Applied Geophysics: edisi kedua, 770
halaman, Cambridge University Press.