Bab 7 Perambatan Gelombang Dalam Batuan

LOGO
BAB 7
Contents
Perambatan gelombang dalam Batuan
Kecepatan elastik batuan dari hasil pengamatan eksperimen
Tinjauan Umum
Kecepatan gelombang elastik pada magmatik dan batuan metamorf
Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak
Perbandingan kecepatan Vp/Vs dan anisotropi elastik
LOGO
Elastic Properties
Of Rock
Apa itu Elastic Properties Of Rock
/ Sifat elastik batuan?
Medium atau bahan yang
mempunyai sifat elastis jika bahan
tersebut meregang bila dikenai
stress dan kembali ke keadaan
semula bila stress di hilangkan
Jumat ,
LOGO
April 2012
6.3. Kecepatan elastik batuan dari
hasil pengamatan eksperimen
Tinjauan Umum
Sifat elastik dan kecepatan
batuan
Sifat mineral dan
unsur-unsurnya
Fraksi
volume
Dikontrol
Temperatur
Sifat ikatan
Tekanan
www.themegallery.com
LOGO
• Bentuk kristal (crystall form) : Setiap mineral
akan mempunyai sifat bentuk kristalnya yang
khas, yang merupakan perwujudan kenampakan
luar, yang terjadi sebagai akibat dari susunan
kristalnya didalam..
• Berat Jenis (Specific Gravity) : Besarnya
ditentukan oleh unsur-unsur pembentuknya
serta kepadatan dari ikatan unsur-unsur tersebut
dalam susunan kristalnya..
Sifat mineral dan
unsur-unsurnya
•Bidang Belahan (Fracture) : Mineral
mempunyai kecenderungan untuk pecah
melalui suatu bidang yang mempunyai arah
tertentu.
• Warna Mineral : warna-warna yang khas yang
dapat digunakan untuk mengenali adanya unsur
tertentu didalamnya.
• Streak : Beberapa jenis mineral mempunyai
goresan pada bidangnya.
• Kilap : kenampakan atau kualitas pantulan
cahaya dari permukaan suatu mineral.
www.themegallery.com
LOGO
• Porositas : perbandingan antara volume total poripori batuan dengan volume total batuan per satuan
volume tertentu.
• Permeabilitas : ukuran media berpori untuk
meloloskan / melewatkan fluida.
Fraksi
volume
• Saturasi : perbandingan antara volume pori-pori
batuan yang terisi fluida formasi tertentu terhadap total
volume pori-pori batuan yang terisi fluida atau jumlah
kejenuhan fluida dalam batuan reservoir per satuan
volume pori.
• Resistiviti : kemampuan dari suatu material untuk
menghantarkan arus listrik.
• Wettabiliti : kemampuan batuan untuk dibasahi oleh
fasa fluida atau kecenderungan dari suatu fluida untuk
menyebar atau melekat ke permukaan batuan.
www.themegallery.com
LOGO
Sifat ikatan
A. Ikatan Logam
: elemen logam
merupakan elemen yang
atom-atomnya mudah
melepaskan elektron
valensi nya.
“Mineral pembentuk batuan”, atau “Rock-forming
minerals”, yang merupakan penyusun utama batuan
dari kerak dan mantel Bumi. Mineral pembentuk batuan
dikelompokan menjadi empat:
(1) Silikat,
(2) Oksida,
(3) Sulfida dan
(4) Karbonat dan Sulfat.
Kandungan-kandungan kimia yang
terdapat dalam mineral, membentuk suatu
ikatan tertentu. Ikatan-ikatan tersebut
adalah :
B. Ikatan Kovalen
: merupakan konfigurasi
elektron yang paling stabil
karena elektron valensi nya
terisi penuh.
D. Ikatan Van Der
Waals
: mempunyai gaya
tarik menarik yang
lemah antar
atomnya
C. Ikatan Ion : memiliki
konfigurasi elektron yang
terdekat dengan konfigurasi
elektron gas mulia
www.themegallery.com
LOGO
Temperatur
Tekanan
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).
Tekanan pada batuan didefinisikan sebagai
perbedaan 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
www.themegallery.com
LOGO
www.themegallery.com
Kecepatan gelombang elastik pada magmatik dan batuan metamorfik
LOGO
www.themegallery.com
LOGO
LOGO
www.themegallery.com
Ketergantungan kecepatan gelombang elastik terhadap
densitas dan komposisi mineral
Pada batuan beku, kecepatan gelombang elastik dikontrol oleh
komposisi mineral. Kenyataan ini diilustrasikan oleh korelasi
kecepatan gelombang longitudinal dan kandungan SiO2 pada batuan
beku dengan Quartz dikarakteristikkan sebagai kecepatan yang
rendah.
LOGO
Korelasi antara kecepatan dan densitas dijelaskan
dengan variasi dari komposisi mineral dari batuan
yang berdampak pada kecepatan
dan densitas dalam arah yang sama.
Gambar 6.6 menunjukkan grafik batuan magmatik dan
metamorfik dari lokasi yang berbeda di Rusia, yang
dipublikasikan oleh Dortman (1976).
LOGO
Gambar 6.7 merupakan hasil studi untuk nilai kecepatan dan densitas dengan
sampel dari lubang bor percontohan KTB; dengan distribusi normal kecepatan
gelombang longitudinal dan transversal terhadap densitas dari setiap jenis
batuan.
LOGO
vp = a + b d
Rumusan Birch diaplikasikan oleh Volarovich
dan Bajuk (1977). Pengukuran batuan magmatik dengan
variasi di daerah bekas USSR (Kasakhstan),
diperoleh rumusan :
vp = 2,67 d – 1,08
vp = 2,76 d – 0,98
sampelnya berasal dari benua Amerika Utara dan India.
Dengan harga d densitas kelipatan 103 kg m-3 dan kecepatan vp dalam km/s.
LOGO
Pengamatan secara detail perbedaan tekanan diberikan pada tabel 6.10. Untuk sampel
batuan di Kasakhstan, Tipe A menunjukkan kecepatan vp(p) dengan tekanan p dan densitas
d0 pada tekanan atmosfer; tipe B menunjukkan kecepatan vp(p) dengan densitas d(p) pada
tekanan yang sama. Sedangkan pada tekanan tinggi, terdapat korelasi kuat antara tipe B
dan A.
www.themegallery.com
Marle (1978) dan Kopf (1977, 1980) juga telah menggunakan rumusan
LOGO
Birch untuk menganalisa data sampel magmatik dari negara Jerman
bagian Timur. Marle dan Kopf menetapkan rumusan untuk keadaan
dibawah tekanan atmosfer;
Contoh : batuan plutonik ; granit, diorit, gabro diberikan oleh
persamaan,
vp = 3,10 d – 2,98
Dan batuan vulkanik ; porfiri, keratofirit, diabas dan basalt diberikan
oleh peramaan,
vp = 2,30 d – 0,91
Hekel (1990) menggunakan rumusan yang linear untuk mengkonversi
kecepatan gelombang longitudinal ke densitas. Konversi tersebut
dihasilkan untuk mantel pada harga densitas antara (2,5 sampai 3,5) x
103 kg m-3
v p + 1,0 ± 0,4
d=
2,61
vp = 2,61 d – 1,0 ± 0,4
www.themegallery.com
LOGO
Secara sistematis (Gebrande 1982) telah mempublikasikan hasil analisa
dari rumusan empirik untuk kecepatan gelombang longitudinal dan
transvesal serta korelasi densitasnya yang dipaparkan pada tabel 6.11
Birch (1961) telah menunjukkan bahwa silikat dan oksid bergantung pada
parameter untuk harga rata-rata massa atom mA. Korelasi persamaan untuk
batuan tersebut diberikan oleh;
vp = 2,76 d – 0,98 + 0,7 (21 – mA)
LOGO
Gebrande (1982)
www.themegallery.com
menjelaskan
perbandingan analisis
korelasi dengan dan
tanpa pengaruh massa
atom rata-rata.
Analisis eksperimen itu
dibuat dalam satu
dimensi
(v vs d)
dan dua dimensi (d vs
d,mA) yang
dilampirkan pada tabel
6.12 untuk batuan
plutonik dan
metamorfik dengan
tekanan yang berbeda.
Kecepatan lebih
banyak bergantung
pada densitas
daripada massa atom
rata-rata. Kecepatan
gelombang geser
hampir tidak
bergantung pada mA
dengan harga yang
bervariasi (Gebrande,
1982).
www.themegallery.com
LOGO
Simmons (1964) memodifikasi Hukum Birch, untuk menentukan
kandungan CaO :
Vp = 2,76 d – 0,98 + 0,7 (21-mA) + 4,60 CCaO
Dimana CCaO merupakan fraksi berat CaO dalam batuan.
Maghnani , dkk (1974) mengembangkan persamaan yang sama untuk
kompresi dan gelombang geser dalam eclogites dan granulites :
Vp = 2,58 d – 0,53 + 0,7 (21-mA) + 4,60 CCaO
Vs = 1,56 d – 0,63 + 0,21 (mA-21) + 0,46 CCaO
Hubungan tersebut menunjukkan lemahnya pengaruh dari massa atom
terhadap kecepatan gelombang S.
www.themegallery.com
LOGO
Olevskij (1990) memberikan hubungan antara kecepatan, densitas dan
total kandungan oksida pada MgO, CaO, Na2O, K2O.
Simmons (1964), mengeneralisasikan pengaruh dari berbagai parameter
yang diberikan oleh persamaan :
n
V = a.d + b + c.mA + ∑ ei .Ci
i =1
Untuk batuan yang terdiri dari n komponen. Dimana d merupakan
densitas; Ci merupakan fraksi berat pada komponen i ; a,b,c,e
merupakan nilai empiris.
www.themegallery.com
LOGO
Dalam beberapa kasus, hubungan non-linier antara kecepatan dan
densitas memberikan korelasi yang baik dengan hasil eksperimen.
Christensen dan Salisbury (1975) menemukan hubungan sesuai
penelitian basalt dalam “Proyek pengeboran laut dalam” :
Vp = 2,33 + 0,08. d3,63
Vs = 1,33 + 0,011. d4,85
dimana tekanan untuk pengukuran adalah 0,5 bar (=50 MPa)
Dortman (1976) mengembangkan hubungan empiris untuk data dalam
gambar 6.5 :
Vp = 5,45. exp [0,5(d-2,6)] ± KT
Parameter KT mengekspresikan kisaran penyimpangan kecepatan yang
dikendalikan secara umum oleh efek tekstur dan oleh sebab itu disebut
koefisien tekstur. Nilainya antara 0,4 … 0,5 km/s.
www.themegallery.com
LOGO
Ketergantungan kecepatan gelombang elastis pada porositas dan rekahan
Simmons, Todd & Baldridge (1975) menuliskan “Sifat fisika
batuan efektif pada tekanan rendah dengan porositas yang
retakannya sangat kecil”. Jika batuan magmatik dan metamorf
terdiri dari pori-pori, patahan atau retakan, mereka memiliki
kecepatan yang lebih kecil daripada batuan yang sama pada
keadaan yang tak terganggu.
Beberapa alasan fisika yang mempengaruhi sifat fisika batuan
antaralain :
Perubahan dalam ikatan antara unsur-unsur batuan atau butirbutir mineral
Pengaruh pori atau patahan pengisi material dengan konstanta
elastiknya (kecapatannya) rendah,
vmineral > vwater > vgas
www.themegallery.com
LOGO
Gambar berikut menunjukkan berkurangnya
kecepatan gelombang P dengan meningkatnya
porositas batuan (gabbro) dari Kuriles/Rusia
pada dua tekanan yang berbeda.
Regresi linier :
vp = 7.121− 0.227⋅ Φc
untuk p = 10 Mpa
vp = 8.227− 0.253⋅ Φc
untuk p = 1000Mpa
www.themegallery.com
LOGO
Disamping porositas dan patahan, sifat isi pori juga mempengaruhi
kecepatan gelombang elstik pada batuan.
Berdasarkan pemeriksaan quartz monzonite, King (1984) menyimpulkan
bahwa sedikit kenaikan pada isi uap lembab batuan kering yang berisi
pecahan porositas cukup besar akan menghasilkan kenaikan vp dan vs yang
besar pula.
Gambar
6.10
Ketergantungan
kecepatan
gelombang longitudinal dalam porositas retakan
dan ukuran grain batuan granitic pada tekanan
0,001 kbar = 0,1 Mpa ; Lebedev dkk, (1974)
1- Granite, butiran halus (0,1 … 0,6 mm)
2- Granite, butiran medium (0,5 …. 1,8 mm)
3- Granite, butiran kasar (1,7 ….4,8 mm)
www.themegallery.com
LOGO
Ketergantungan
Kecepatan Gelombang Elastik pada Tekanan dan Temperatur
Variasi sifat fisika batuan dan mineral dipengaruhi tekanan dan temperatur
merupakan dasar penting untuk interpretasi kesesuaian data geofisika
untuk range kedalaman berbeda.
Hubungan umum untuk variasi kecepatan dengan kedalaman z (Lebedev,
1975) :
dv  δv  dp  δv  dT
=   ⋅ +   ⋅
dz  δp T dz  δT  p dz
Perubahan kecepatan
terhadap kedalaman
(isotherm)
Tekanan vertikal dan gradien
temperatur
Perubahan kecepatan
terhadap temperatur (isobar)
www.themegallery.com
LOGO
Ketergantungan kecepatan pada tekanan menunjukkan dua ciri
dominan:
Hubungannya non-linier, pada range tekanan yang lebih tinggi akan
memberikan kenaikan kecepatan lebih kecil daripada range tekanan
lebih rendah.
Perubahan kecepatan selama daur loading-unloading secara parsial
tidak dapat diubah (disebut “velocity hyteresis”. Fakta ini merupakan
satu ungkapan untuk prilaku elastisitas non-ideal batuan alami.
www.themegallery.com
LOGO
Pengaruh umum tekanan dan gejala anisotropi
Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal dan
tranversal sebagai fungsi dari tekanan hidrostatik
1. Peridotite (Kola Peninsula)
2. Olvinite (Siberia)
Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal sebagai
fungsi dari tekanan hidrostatik ( pengukuran sampel inti
gneiss)
Vp
Vp maks
maks == Nilai
Nilai kecepatan
kecepatan maksimal
maksimal arah
arah radial
radial pada
pada inti
inti
Vpmin
=
Nilai
kecepatan
minimal
arah
radial
pada
inti
Vpmin = Nilai kecepatan minimal arah radial pada inti
Vp
Vp vertical
vertical =Nilai
=Nilai kecepatan
kecepatan arah
arah axial
axial pada
pada inti
inti
www.themegallery.com
LOGO
Korelasi yang kuat pada perubahan kecepatan dan struktur tekstur sifat-sifat
mikro pada satu sisi dengan komposisi mineralogi pada sisi lain dijelaskan
oleh Lebedev, Sapoval dan Korchin (1974):
Kenaikan kecepatan dipengaruhi oleh tekanan pada range tekanan yang
lebih rendah seharusnya besar pada ukuran pori bentuk mikro. Ukuran pori
ini meningkatkan hubungan antara batuan pembentuk mineral.
Pada tekanan lebih tinggi kepadatan mendekati sempurna. Kenaikan
kecepatan seharusnya mengubah sifat elastik penyusun mineral (pengaruh
komposisi mineralogi pada prilaku di bawah tekanan.
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.15 Kecepatan gelombang
longitudinal fungsi tekanan unaxial,
granite (California) King and Paulsson
(1981): a-sample lengkap, b-sample
microcrack.
www.themegallery.com
LOGO
Tabel 6.13. Kecepatan gelombang
longitudinal (km/s) dan porositas (%)
fungsi tekanan (MPa) untuk perbedaan
ukuran butir granite,(Labedev dkk, 1974).
Untuk pembahasan lebih lanjut korelasi ini,
kita dapat memplot (gambar 6.16 dengan
perubahan relatif dari kecepatan diberikan
oleh :
∆v/vo = (vp-vo)/vo
Perubahan relatif porositas :
∆Φ/ Φo = (Φo- Φp)/ Φo
www.themegallery.com
LOGO
Gbr 6.16 Kecepatan relatif vs kecepatan porositas (data tabel 6.13)
1. Granite, butiran halus, 2- Granite, butiran medium 3- Granite, butiran kasar
www.themegallery.com
LOGO
Kasus utama perubahan kecepatan suatu batuan :
Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik batuanpembentukan mineral dan perubahan fase mineral.
Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik unsur pokok
pori batuan dan perubahannya dari keadaan cair ke gas.
Perubahan kondisi kontak pada butir batuan, batas keretakan
dsb, dihasilkan dari variasi efek pertemuan butiran dan batas
keretakan tersebut atau dihasilkan dari sifat ekspansi suhu yang
berbeda dari batuan-pembentuk mineral.
www.themegallery.com
LOGO
6.3.3 Kecepatan Gelombang Elastik Pada Batuan
Sedimen
Untuk mempelajari sifat fisik batuan sedimen, ada beberapa hal yang
penting yang perlu diketahui:
Variasi tipe batuan
(kepadatan, kandungan garam monomineral,
rekahan , konsolidasi pori-pori batuan dan non konsolidasi sedimen. )
Mempelajari
sifat seismik dengan ketergantungan kompleks
fitur batuan.
Tabel
6.14 Memberikan indikasi
mempengaruhi kecepatan, yakni :
• Komposisi mineral matriks batuan
• Konsolidasi matriks batuan
• Porositas, bentuk pori dan isi pori
• Tekanan dan temperatur
parameter
dominan
yang
www.themegallery.com
LOGO
Tbel 6.14 Kecepatan Rata-rata
gelombang P dan S
www.themegallery.com
LOGO
Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak
Komposisi mineral batuan sedimen sangat berpengaruh terhadap
kecepatan, hal ini terlihat pada efek yang dirditimbulkan (tergantung pada
pecahan dan komposisinya) :
•Efektif untuk modulus elastis batuan
•Butiran sampai pembentukan butiran, sementasi dan kondisi kontak
secara umum.
Wyllie, Gregory dan Gadner pada Tahun 1956 menurunkan “Time
average equation” berdasarkan sifat kandungan dan porositas
sebagai berikut :
1 1− Φ Φ
=
+
vp
vm
v fl
vp = Kecepatan gel P pada saturasi air batuan berpori
vm = Kecepatan gel P matriks batuan (kecepatan matriks)
vfl = Kecepatan fluida pori
www.themegallery.com
LOGO
Berdasarkan Persamaan 6.4.3 secara Aritmatika dan
Geometri, didapatkan beberapa nilai kecepatan yang
berbeda untuk Anhydrite (Kopf.1977).
Anhydrite dengan 50% limestone
Anhydrite dengan 50% dolomite
Anhydrite dengan 50% gypsum
Anhydrite dengan 50% halite
vp=5600m/s
vp=5900m/s
vp=5400m/s
vp=4900m/s
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.21 memperlihatkan
kecepatan yang dipengaruhi
oleh
porositas
untuk
gelombang longitudinal dan
tranversal untuk saturasi air
pada
sandstone.
Pada
tekanan 14 MPa.
Efek lain
terdapat
gelombang
mengalami
kecepatan.
dari
porositas
perambatan
stress
yang
pengurangan
www.themegallery.com
LOGO
Adapun persamaan yang lain diturunkan secara empiris oleh Raymer (1980)
pada pembentukan batuan
v p = (1 − Φ ) 2 vm + Φv fl
Nafe dan Dake (1963) dan Gadner (1974) mendapatkan hubungan
kecepatan gelombang longitudinal (m/s) dan densitas (g/cm3=103kg/m3)
untuk saturasi batuan sedimen
www.themegallery.com
LOGO
Clay mempengaruhi perubahan elastisitas untuk 4 aspek yaitu :
1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yang
terbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat
dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadap
meningkatnya kandungan clay.
2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yang
mengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa dengan
bertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkan
kandungan caly.
3.Sifat fisik clay sangat mempengaruhi kandungan air. Dengan demikian
pori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic pada
saat terjadinya saturasi.
4.Clay dapat mempengaruhi distribusi dan konfigurasi colloid clay yang
terdapat pada frame batuan
(Murphy,
dkk 1993)
www.themegallery.com
LOGO
Pengaruh dari aspek yang pertama dan kedua dapat dilihat pada
gambar 6.22
www.themegallery.com
LOGO
Waktu rata-rata dapat dinyatakan sebagai berikut:
Dengan kecepatan yang dinyatakan secara linear sebagai berikut :
Dimana :
v
∆t
A0,A1,B0,B1
Kecepatan
waktu transit
Nilai secara empiris
www.themegallery.com
LOGO
Dimana kecepatan dinyatakan dalam km/s (dalam s/km untuk kasus
ini) dan porositas dalam desimal
Selanjutnya berdasarkan nilai yang diperoleh ini diplotkan dalam
gambar berikut ini
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.32 memperlihatkan
kecepatan vs porositas untuk
gelombang longitudinal dan
gelombang tranversal.
www.themegallery.com
LOGO
Selanjutnya berdasarkan analisis didapatkan deviasi antara hasil
pengukuran dan nilai prediksi sangat dipengaruhi oleh kandungan clay.
Sehingga didapatkan persamaan berikut ini yaitu 2 buah persamaan
linear untuk clay ( C kandungan clay)
www.themegallery.com
LOGO
Berdasarkan analisa yang dilakukan dihasilkan dua
kecepatan dan waktu penjalaran gelombang p dan s. Untuk
pemberian tekanan yang dibatasi pada 40 MPa,dan
tekanan Lubang 1 Mpa didapatkan fungsi kecepatan
terhadap porositas dan kandungan clay sebagai berikut:
www.themegallery.com
LOGO
Marion dan Jizba (1992) melakukan investigasi di laut
utara pada batuan shaly sand dengan menggunakan
persamaan 6.53 untuk resovoir pada tekanan 35MPa
didapatkan sebagai berikut :
Catatan porositas mempengaruhi kecepatan gelombang P dan kecepatan
gelombang S, Gelombang S tidak terpengaruh oleh adanya saturasi dan clay
memberikan efek terhadap kecepatan gelombang S (Marion dan Jizba 1992).
LOGO
Tiga pendapat tambahan yang mungkin bisa menjadi
pertimbangan yaitu :
1. Koefisien yang terdapat pada persamaan linear kecepatanporositas yang tergantung terhadap tekanan. Persamaan
non linear untuk pengaruh tekanan yang telah diturunkan oleh
Eberhat-Philips dkk (1989).
2. Analisis terhadap kecepatan (vp,vs) sehingga didapatkan nilai
perbandingan vp/vs dan hal ini memberikan pengaruh
terhadap kandungan clay, porositas, serta tekanan yang
selanjutnya menjadi pertimbangan.
3. Paramater yang didaptkan dari kompresi dan kecepatan
gelombang geser atau nilai dari waktu perjalarannya yang
selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan porositas,
secara khusus terdapat pada ekplorsi seismic.
47
www.themegallery.com
LOGO
(Mehta dan Verma 1991), hubungan secara linear antara waktu
penjalaran gelombang s dan p dengan porositas adalah :
Dimana :
=
waktu perjalaran untuk
gelombang P dan S
= waktu penjalaran
matrix pada gelombang
p dan s
= parametr empiris, yang
berpengaruh terhadap
lithologi
Persamaan ini
diterapkan untuk
batuan limestone
dan sandstones.
www.themegallery.com
LOGO
Sedimen non-konsolidasi dapat dikelompokkan
menjadi dua, yaitu :
Non-kohesif (pasir, batu kerikil)
Kohesif (lempung, loam/tanah liat)
Perbedaan dua kelompok diatas berdasarkan
pada kondisi fisik partikel batuan.
Kelompok pertama, kondisi dikendalikan oleh
efek friksi dan kelompok kedua didominasi oleh
fenomena fisika-kimia batuan
www.themegallery.com
LOGO
Pada batuan
sedimen
kecepatan
bergantung pada :
oPorositas
oTekanan
o Saturasi air
Tipe sedimen
dicirikan dengan
operbedaan nilai
kecepatan
o parameter
bergantung
kecepatan.
Dalam hal ini
bergantung pada
okomposisi mineral
odistribusi ukuran
butiran
obentuk butir
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.30
a.menunjukkan korelasi
kurva rata-rata
kebergantungan dari
kecepatan terhadap
porositas batuan
sedimen tak kompak
b. korelasi antara
kecepatan gelombang
longitudinal dan porositas
sedimen yang tersaturasi
air laut
www.themegallery.com
LOGO
Hubungan linier antara kecepatan gelombang transversal, densitas,
porositas secara empirik :
Vp = a1 + a2.d
Vp = b1 – b2.ɸ
dimana : d = densitas
ɸ = porositas
a1, a2, b1, b2 = parameter empiris
Kedua persamaan diatas equivalen dengan :
b1= a1 + a2.ds
b2 = a2. (ds-dη)
www.themegallery.com
LOGO
Hamilton dan Bachman (1982) memberikan korelasi
antara sedimen laut dengan 3 jenis sedimen;
• Shelf dan slope
Vp = 2502,0 – 2345.ɸ+ 140 .ɸ2
Vp = 2330,4 – 1257,0.D + 487,7 . D2
• Abyssal hill/turbudite
Vp =1564.6-59.7Φ
Vp = 1591.5-63.4. D
• Abyssal hill/pelagis
Vp =1410.6+117.7Φ
Vp = 1476.7+29.7. D
www.themegallery.com
LOGO
Morgan (1969) telah mendapatkan kumpulan regresi
linear dan kuadrat untuk sedimen tersaturasi air dari Lake
Erie. Sebagai contoh :
• Relasi linear antara porositas dan kecepatan
(R=0.84367)
Vp = 1917-566.Φ
• Relasi kuadrat antara porositas dan kecepatan
(R=0.87358)
Vp=2452-2269.Φ+1428.Φ2-9.D
www.themegallery.com
LOGO
Kecepatan gelombang longitudinal sedimen tersaturasi air laut sebagai fungsi
dari kandungan lempung (Gambar 6.32)
Gambar tersebut
menunjukkan contoh di
mana data yang cukup
baik dijelaskan oleh
hubungan linear.
Kecepatan gelombang
transversal juga menurun
dengan meningkatnya
kandungan lempung
www.themegallery.com
LOGO
Hubungan
Kecepatan
Gelombang
Pada Kandungan Air Pada batuan sedimen
tidak kompak, kontak partikel sensitive
terhadap:
- Efek batas butiran
- Pengaruh tegangan kapiler
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.33. a. kecepatan
gelombang P menurun dengan
meningkatnya porositas secara
linear
Gambar 6.33 b dan c kekentalan
yang meningkat yakni
kandungan karbonatnya
bertambah maka kecepatan
gelombang shear meningkat.
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.34a
menunjukkan beberapa
keistimewaan
kecepatan pada
saturasi parsial. b.
gelombang longitudinal
dan transversal pasir
Ottawa pada tekanan
differensial
1500psi,data after
Domenico (1977)
www.themegallery.com
LOGO
Kecepatan gelombang transversal menunjukkan
penurunan yang kecil dengan meningkatnya kandungan
air.
Fenomena ini dijelaskan dengan :
•kompresibilitas dari pori yang di dalamnya terkandung
gas dan air yang menentukkan fraksi volume pori 80%90%.
• Modulus shear dari sedimen tidak dipengaruhi oleh
pori yang berisi jika modulus shear=0
• Penurunan kecepatan yang kecil (untuk gelombang
longitudinal sekitar 90% saturasi air, untuk gelombang
shear di atas harga saturasi) yang disebabkan oleh
peningkatan densitas dan peningkatan saturasi air.
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.37 menunjukkan
hasil ekperimen dari
perambatan gelombang P
dan S.
•Secara vertikal dan
horizontal dengan tekanan
yang meningkat, kecepatan
gelombang P dan S pada
batuan sedimen kering
meningkat secara linear.
•Pada batuan sedimen
tersaturasi air, kecepatan
gelombang P tetap diatas
1000 m/s terhadap tekanan
yang berbeda sedangkan
kecepatan gelombang S
meningkat secara linear
terhadap tekanan
www.themegallery.com
LOGO
Tabel 6.16. Eksponen m di kecepatan vs tekanan; Referensi : D-Domenico
(1977), H-Hunter et al (1961), S-Schon (1969,1983), Z-Zareva (1956)
www.themegallery.com
LOGO
Pada sedimen tersaturasi, kecepatan gelombang
longitudinal bernilai constant untuk kondisi tekanan rendah
pada lapisan dekat permukaan. Secara ringkas dapat
disebutkan :
-kecepatan gelombang longitudinal pada sedimen kering
ditentukan oleh susunan butiran. Batuan sedimen
mempunyai susunan butiran tertentu.
- Kecepatan gelombang longitudinal pada sedimen
tersaturasi air ditentukan oleh material pori. Batuan
sedimen mempunyai pori tertentu.
- Kecepatan transversal ditentukan oleh susunan butiran
pada kedua keadaan yakni keadaan kering dan tersaturasi
air.
www.themegallery.com
LOGO
Gambar 6.38.
Kombinasi kecepatan
vs. tekanan;
Gambar 6.39,
kecepatan gelombang
sedimen sebagai fungsi
tekanan untuk sedimen
kering dengan
beberapa perbedaan
bentuk butiran 1. Glass
sphere, 2. Sand, 3.
Quartzite
www.themegallery.com
LOGO
Tabel 6.17. Relasi kecepatan-kedalaman untuk sedimen tersaturasi air
laut after Hamilton, 1976 (kecepatan dalam m/s; kedalaman z dalam m)
www.themegallery.com
LOGO
Tabel 6.17 menunjukkan hubungan kecepatan dan kedalaman pada
sedimen laut tersaturasi air. Kecepatan-tekanan atau kecepatankedalaman bergantung sedimen kohesif dan non kohesif denga
bentuk persamaan (6.81). Pernyataan dari Dominico (1977),
perbandingan
kecepatan-tekanan
dan
kecepatan-kedalaman
bergantung pada kenaikan kecepatan gelombang kompres termasuk
kedalaman sedimen yang mengendap dalam kolam (kedalaman
sebanding dengan penurunan tekanan) dengan angka yang sangat
rendah daripada pengukuran kecepatan dalam pasir. Hal ini
diakibatkan oleh kenaikan sementasi yang cepat yang sesuai
penurunan porositas dengan kedalaman pada dapur pasir alam
Beberapa pernyataan tentang rasio kecepatan-rasio Vp/Vs
dan anisotropi
LOGO
Hasil eksperimen
Kemajuan Teknologi
Rasio
vP
vS
kec. Gelombang longitudinal
kec. Gel trans dari
eksplorasi seismic
& well logging
parameter-parameter
untuk menentukan
karakteristik batuan
Han, Nur & Morgan (1986) mencatat bahwa penggabungan
atau kombinasi kecepatan dan rasio kecepatan merupakan alat
yang memudahkan pemisahan litologi yang dapat dipercaya.
LOGO
• Rasio
vP
vS
menurunnya
kekuatan
mekanik dan
kekompakkan,
porositas
dan rekahan semakin
meningkat
LOGO
vP
Rasio
baik eksperimen
v S maupun empiris akan
memberikan informasi:
• litologi, facies
• kandungan pori, khusus
•
tentang gas
sifat-sifat mekanik
Rasio Vp/Vs
LOGO
vP
Tabel 6.18 Nilai-nilai rata-rata v , formasi
S
Fruitland Cretaceous (coal bed), Cedar Hill
Field, New Mexico (Blott, 1993)
Saturation
Fracturing
Dry saturation Patahan kecil atau tak ada
patahan
Patahan sangat/ besar
Brine saturated Patahan kecil atau tak ada
patahan
Patahan sangat/ besar
vP
vS
1.81
1.91
1.98
2.40
Rasio Vp/Vs
Perbedaan yang sangat jelas adalah rasio untuk saturasi gas dan saturasi
LOGO
air
(atau yang mengandung minyak) dan batuan-batuan berpori ini sangat
penting dan praktis untuk eksplorasi hidrokarbon.
indikator
litologi,
dengan
menggunakan
perubahan
waktu
tp dan ts,
yang
berbanding
terbalik dengan
kecepatan
Rasio Vp/Vs
LOGO
Untuk batuan Lumpur (batuan sedimen
yang mengandung silikat klastik dan
saturasi air dengan penyusun utama clay
dan partikel seukuran silt), Castagna,
Batzle & Eastwood (1985) hubungan
antara pengukuran sonic in-situ dan
pengukuran seismic lapanga
υ P = 1.16v S + 1.36
υ P = 1.26v S + 1.07
R = 0.97
Rasio Vp/Vs
LOGO
Rasio Vp/Vs
Rasio Vp/Vs
LOGO
v
v
P
 vP

 vS
= 1 . 55 + 0 . 56 Φ + 0 . 43 C
S

v 

−  P  = 0.018 + 0.36Φ + 0.47C
 saturated  v S  dry
R = 0.7
Rasio Vp/Vs
LOGO
kecepatan
gelombang
geser
bergantung
pada
sifat
pembungkus/kerangka dan tidak dipengaruhi oleh sifat fluida pori, dan
kecepatan gelombang mampat bergantung pada sifat-sifat kerangka
(ditunjukkan dengan kecepatan gelombang geser) dan sifat-sifat fluida
pori, relasi sederhana yang dihasilkan.
υ P = a + b v SH
Parameter empiris a, b adalah
Kontribusi fluida pori
Untuk batuan kompak akan b mendekati1.4
vP  a
= 
v SH  v SH

 + b

vP  a
= 
v SH  v SH

 + 1.4

vP
= 14 z −0.27
vS
LOGO
Anisotropi Kecepatan gelombang elastic
Secara sederhana diartikan ketergantungan kecepatan terhadap
arahnya.
Crampin & Lovell (1991) membuat daftar 5 kemungkinan sumber
dari anisotropik seismik :
•Susunan kristal
•Tekanan langsung – anisotropi terinduksi
•Anisotropi litologi (contohnya : susunan butir)
•Anisotropi struktur (contohnya : perlapisan fine)
•Tekanan yang meluruskan rekahan- anisotropi terinduksi
LOGO
Gambar 6.45. Gambaran stereograpi dari penyelidikan anisotropi
menggunakan sampel bola (granodiorite after Pros (1977), isolines
menunjukkan kecepatan gelombang longitudinal dalam km/s
tekanan 300MPa (koefisien anisotropi = 0.044)
tekanan 0.1 MPa (koefisien anisotropi = 0.36)
LOGO
v max − v min
koefisien anisotropi Av =
v min
vmax
= Av + 1
rasio anisotropi A =
vmin
*
v
LOGO
LOGO
Penyebab perbedaan VSP dengan Pengukuran laboratorium
Pori – pori rekahan kosong dari sampel
Tekanan dan kondisi saturasi yang berbeda
LOGO
Dari table 6.21
LOGO
Diantara batuan metamorf dan magmatik yang ada dalam dalam tablel
6.21,gneiss dan schist memiliki nilai yang tertinggi.
Untuk Batuan sedimen, anisotropinya meningkat dari batupasir ke
batulempung dan shale.
Ukuran butir (mm)
Nama butir
> 256
Boulder (bongkah)
64 – 256
Cobble (berangkal)
4 – 64
Pebble (kerakal)
2–4
Granule (kerikil)
1/16 – 2
Sand (pasir)
1/256 – 1/16
Silt (lanau)
< 1/256
Clay (lempung
(Soetoto, 2001)
LOGO
Figure 6.46. Anisotropy coefficient versus hydrostatic pressure and temperature
for longitudinal (left) and transverse (right) wave velocity, after data from Bajuk
and Tedev (1978); 1 – schist 2, 3 – gneisses.
•Anisotropi tidak bergantung pada tekanan
•Penurunan anisotropi karena mengecilnya retakan
LOGO
Anisotropi (%) =
υ max − υ min
100% = Av 100%
υ min
LOGO
Table 6.22. Crack and textural anisotropy of
samples from the KTB pilot borehole, after Zang
et al., (1989)
Tipe batuan
Amphibolite
Gneiss
Lamprophyre
Marble
n
4
9
2
1
Anisotropy (%)
Total
Crack
10
7.8
33
23
~4.8
~4
7
~7
Textural
2.2
10
~0.8
0
LOGO
LOGO
Menurut Crampin dan Lovell
(1991) aplikasi potensial
gelombang geser :
pemahaman geometri fluida
termasuk campurannya
aplikasi
pada
produksi
hidrokarbon dan pada bidang
industri
lainnya
(yaitu
lokalisasi retakan bawah
permukaan,
estimasi
orientasi stress kompresional
maksimum dan retakanretakan hidraulik)
beberapa aplikasi spekulatif
(sebagai monitoring stress
menjelang
gempa
dan
ledakan batuan)
dll
LOGO
Beberapa aplikasi tambahan yang dijabarkan dalam prosiding yang sama untuk
aspek yang yang lebih lanjut:
aplikasi yang hubungan dengan eksperimen batuan panas dan kering
(oleh Crampin, 1988; Crampin dan Booth, 1989)
Peramalan arah patahan termasuk pembahasan laporan singkat serta
teknik aplikasinya (Yale & Sprunt, 1989)
Pengamatan-pengamatan pemisahan gelombang geser
kegagalan induksi stress besar (Graham & Crampin, 1991)
akibat
Korelasi antara geser bifrigerence, arah permeabilitas dan patahanpatahan batuan (Xu & King, 1989)
Variasi koefisien refleksi dengan strike retakan dan densitas dalam
media anisotropi (li & Crampin, 1992)
Kajian-kajian pemisahan gelombang
perambatan tektonik (Mjelde, 1991)
geser
untuk
perambatan-
Untuk sedimen
LOGO
*2
S
A
*2
P
= 1.5 A
− 0.5
υ P ,V = a + bv P ,h
a = 1.53 − 1.52b
υ P ,V = 1.53 + b(v P ,h − 1.52 )
Tipe Sedimen
a
b
R
Calcareous
0.174
0.887
0.98
Silt, clay
0.393
0.740
0.93
Siliceous
0.222
0.855
0.92
Marl
0.259
0.832
0.96
Sand
0.248
0.854
0.96