pendugaan air tanah atau batuan dengan metode seismik
TRANSCRIPT
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Umum
Keberadaan air tanah pada suatu daerah bergantung pada kondisi lapisan
geologi di bawah permukaan daerah tersebut. Sistem penyimpanan air dalam
media pori berdasar pada air tanah tersimpan dan bergerak pada semua jenis
batuan, sehingga faktor fisik dari batuan baik berupa retakan, pori dan
bentuk lubang yang berhubungan dengan sistem penyimpanan air dalam
tubuh batuan.
Sistem penyimpanan air pada ruang antar butir dapat juga diartikan
air yang menempati ruang pori-pori yang ada pada batuan disebabkan dan
dipengaruhi oleh bentuk dan variasi ukuran butir, jumlah matrik dan
prosentase semen yang terdapat dalam batuan, disebut dengan porositas primer.
Pengaruh udara yang juga mengisi pori-pori batuan tidak bisa diabaikan.
Karena aliran air tanah yang berada pada pori-pori batuan berada dibawah
kondisi muka air kering, akan mempengaruhi keseimbangan penguapan air
terhadap perubahan antara udara dan permukaan butir batuan, akan
menimbulkan lapisan tipis air yang diketahui sebagai tempat penyerapan air
untuk permukaan butiran.
Untuk mengetahui keberadaan air tanah tersebut, maka perlu diketahui
terlebih dahulu kondisi lapisan geologi di bawah permukaan tersebut. Seiring
berjalannya waktu, semakin banyak cara yang membantu analisis pendugaan
lapisan geologi di bawah permukaan. Cara tersebut diantaranya adalah dengan
melakukan pemboran secara langsung dan beberapa metode geofisika. Metode
geofisika sendiri merupakan metode yang sering digunakan dalam penyelidakan
lapisan geologi bawah permukaan.
Geofisika merupakan bagian dari ilmu bumi yang mempelajari bumi
menggunakan kaidah atau prinsip-prinsip fisika. Di dalamnya termasuk juga
meteorologi, elektrisitas atmosferis dan fisika ionosfer. Penelitian geofisika untuk
mengetahui kondisi di bawah permukaan bumi melibatkan pengukuran di atas
permukaan bumi dari parameter-parameter fisika yang dimiliki oleh batuan di
HIDROGEOLOGI 1
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
dalam bumi. Dari pengukuran ini dapat ditafsirkan bagaimana sifat-sifat dan
kondisi di bawah permukaan bumi baik itu secara vertikal maupun horisontal.
Survei geofisika yang sering dilakukan selama ini antara lain:
1. Metode Geolistrik
2. Metode Seismik
3. Metode GPR
4. Metode Gravity
5. Metode Magnetik
Dalam makalah ini akan dibahas lebih detail mengenai pendugaan air
tanah atau batuan dengan menggunakan metode seismik.
1.2. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang akan dibahas dalam makalah ini adalah
sebagi berikut:
1 Apa yang dimaksud dengan Metode Seismik pad pendugaan air tanah atau
batuan?
2. Bagaimana prosedur pengambilan data di lapangan dengan Metode Seismik?
3. Apa saja hal-hal yang perlu diperhatikan pada saat pengukuran di lapangan?
1.3. Tujuan dan Manfaat
Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini adalah untuk mengetahui
bahwa pendugaan air tanah atau batuan tidak hanya dapat dilakukan dengan
metode geolistrik, terdapat beberapa metode yang dapat diterapkan salah satunya
adalah metode seismik.
Adapun manfaat dari penyusunan adalah sebagai pembanding dengan
metode yang sudah umum, yaitu geolistrik. Selain itu, pembaca dapat mengetahui
bahwa metode seismik mempunyai beberapa kelebihan yang cukup baik
disbanding metode yang lainnya.
HIDROGEOLOGI 2
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Metode Seismik
Metode seismik adalah salah satu metoda 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.
Eksperimen seismik aktif pertama kali dilakukan padatahun 1845 oleh
Robert Mallet, dan 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 untuk be-riak. Pada tahun 1909, Andrija
Mohorovicic menggunakan waktu jalar dari sumber gempa bumi untuk
eksperimennya dan menemukan keberadaan bidang batas antara mantel dan kerak
bumi yang sekarang disebut sebagai Moho.
Metode seismik merupakan salah satu metode yang sangat penting dan
banyak dipakai di dalam teknik geofisika. Hal ini disebabkan metode seismik
mempunyai ketepatan serta resolusi yang tinggi di dalam memodelkan struktur
geologi di bawah permukaan bumi. Dasar teknik seismik dapat digambarkan
sebagai berikut. Suatu sumber gelombang dibangkitkan di permukaan bumi.
Karena material bumi bersifat elastik maka gelombang seismik yang terjadi akan
dijalarkan ke dalam bumi dalam berbagai arah. Pada bidang batas antar lapisan,
gelombang ini sebagian dipantulkan dan sebagian lain dibiaskan untuk diteruskan
ke permukaan bumi. Dipermukaan bumi gelombang tersebut diterima oleh
serangkaian detektor (geophone) yang umumnya disusun membentuk garis lurus
dengan sumber ledakan (profil line), kemudian dicatat/direkam oleh suatu alat
seismogram. Dengan mengetahui waktu tempuh gelombang dan jarak antar
HIDROGEOLOGI 3
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
geophone dan sumber ledakan, struktur lapisan geologi di bawah permukaan bumi
dapat diperkirakan berdasarkan besar kecepatannya.
Gelombang seismik mempunyai kelakuan yang sama dengan kelakuan
gelombang cahaya, sehingga hukum-hukum yang berlaku untuk gelombang
cahaya berlaku juga untuk gelombang seismik. Hukum-hukum tersebut antara
lain:
1. Huygens mengatakan bahwa gelombang menyebar dari sebuah titik sumber
gelombang ke segala arah dengan bentuk bola.
2. Hukum snellius menyatakan bahwa bila suatu gelombang jatuh diatas bidang
batas dua medium yang mempunyai perbedaan densitas, maka gelombang
tersebut akan dibiaskan jika sudut datang gelombang lebih kecil atau sama
dengan sudut kritisnya. Gelombang akan dipantulkan jika sudut datangnya
lebih besar dari sudut kritisnya. Gelombang datang, gelombang bias,
gelombang pantul terletak pada suatu bidang datar.
2.1.1. Pemantulan dan Pembiasan Gelombang
Hal-hal yang menjadi dasar pada pemantulan dan pembiasan gelombang adalah:
1. Asas Fermat
Gelombang menjalar dari satu titik ke titik lain melalui jalan tersingkat waktu
penjalarannya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Asas Fermat (Akyas, 2007 dalam Jatmiko, M.D)
HIDROGEOLOGI 4
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Gambar 1. memperlihatkan sumber gelombang yang ditunjukkan dengan
simbol bintang menghasilkan gelombang yang menjalar ke segala arah. Jika
gelombang tersebut 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.
2. Prinsip Huygens
“Titik-titik yang dilewati gelombang akan menjadi sumber gelombang
baru”. Front gelombang yang menjalar menjauhi sumber adalah superposisi front
gelombang-front gelombang yang dihasilkan oleh sumber gelombang baru
tersebut.
Gambar 2 Prinsip Huygens (Akyas, 2007 dalam Jatmiko, M.D.)
Gambar 2 menerangkan fenomena fisik pada pergerakan partikel yang
terjadi pada muka gelombang. Partikel–partikel tersebut bergerak dari keadaan
setimbang, sehingga akan terjadi gaya elastik di daerah sekelilingnya yang
menggerakkan partikel lainnya menyebabkan timbul muka gelombang baru.
Penjalaran gelombang yang terjadi di medium merupakan interaksi antara
gangguan dan reaksi sifat elastik (Akyas, 2007 dalam Jatmiko, M.D 2013).
3. Sudut Kritis
Sudut datang yang menghasilkan gelombang bias sejajar bidang batas (r = 90o).
HIDROGEOLOGI 5
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Gambar 3. Sudut kritis (Suswandi, 1997 dalam Jatmiko, M.D, 2013)
4. Hukum Snellius
“Gelombang akan dipantulkan atau dibiaskan pada bidang batas antara dua
medium”,
Gambar 4. Hukum Snellius (Suswandi, 1997 dalam Jatmiko, M.D, 2013)
menurut persamaan :
di mana:
i = Sudut datang
r = Sudut bias
V1 = Kecepatan gelombang pada medium 1
V2 = Kecepatan gelombang pada medium 2
2.1.2. Gelombang Seismik
Gelombang seismik secara umum dibagi menjadi dua jenis yaitu
gelombang badan dan gelombang permukaan. Gelombang badan yaitu gelombang
seismik yang merambat ke seluruh bagian di dalam bumi (Telford, 1990).
Gelombang badan dibedakan menjadi dua jenis yaitu :
HIDROGEOLOGI 6
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
1. Gelombang P (primer/longitudinal) yaitu gelombang badan yang dalam
penjalarannya berosilasi sejajar dengan arah rambatan gelombang.
2. Gelombang S (skunder/transversal) yaitu gelombang badan yang dalam
penjalarannya berosilasi tegak lurus dengan arah rambatan gelombang
(Halliday ,dkk. , 2009).
Berbeda dengan gelombang badan, gelombang permukaan merupakan
gelombang seismik yang merambat di permukaan bumi. Gelombang permukaan
dibedakan menjadi dua jenis yaitu :
1. Gelombang Rayleigh yaitu gelombang permukaan yang gerakan partikel
medianya merupakan kombinasi yang disebabkan oleh gelombang P dan S.
3. Gelombang Love yaitu gelombang permukaan yang menjalar dalam bentuk
gelombang transversal yaitu gelombang SH yang penjalarannya paralel
dengan permukaan.
Namun dari semua tipe gelombang seismik tersebut, gelombang P
merupakan gelombang seismik tercepat waktu penjalarannya (Telford, 1990
dalam Jatmiko M.D, 2013). Beberapa tipe gelombang seismik tersebut
ditunjukkan pada Gambar 5 sebagai berikut :
Gambar 5. Beberapa tipe gelombang seismik : (a) Gelombang Love,
(b) Gelombang Rayleigh, (c) Gelombang P, (d) Gelombang S
(Suswandi, 1997, dalam Jatmiko, MD 2013)
2.1.3. Asumsi Dasar
Berbagai anggapan yang dipakai untuk medium bawah permukaan bumi
antara lain :
HIDROGEOLOGI 7
d
c
b
a
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
a) Medium bumi dianggap berlapis-lapis dan tiap lapisan menjalarkan gelombang
seismik dengan kecepatan yang berbeda.
b) Makin bertambahnya kedalaman batuan lapisan bumi makin kompak.
Sedangkan anggapan yang dipakai untuk penjalaran gelombang seismik
adalah:
a. Panjang gelombang seismik << ketebalan lapisan bumi. Hal ini memungkinkan
setiap lapisan bumi akan terdeteksi.
b. Gelombang seismik dipandang sebagai sinar seismik yang memenuhi hukum
Snellius dan perinsip Huygens.
c. Pada bidang batas antar lapisan, gelombang seismik menjalar dengan
kecepatan gelombang pada lapisan dibawahnya.
d. Kecepatan gelombang bertambah dengan bertambahnya kedalaman.
Tabel 1. Kelebihan dan Kekurangan Metode Seismik dengan
Metode Geofisika lainya
Sumber: http://geophypalace.blogspot.com
Metode kerja dari gelombang seismic dilakukan pada batas batuan yang
berbeda (gambar 6). Rekaman dari gelombang seismik diplot dalam satu seismic
HIDROGEOLOGI 8
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
section ini menggambarkan penampang geologi, tapi masih perlu dilakukan
dengan interprestasi lanjut.
Gambar 6. Metode Kerja dari Gelombang Seismik
Sumber: http://geophypalace.blogspot.com
2.1.4. Macam Metode Seismik
Dalam menentukan struktur geologi, metode seismik dikategorikan ke
dalam dua bagian yaitu seismik bias (head wave or refrected seismic) dan seismik
refleksi (reflected seismic). Seismik refraksi efektif digunakan untuk penentuan
struktur geologi yang dangkal sedangkan seismik refleksi untuk struktur geologi
yang dalam.
2.2. Metode Seismik Bias (Refraksi)
Seismik refraksi dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada
tanah/batuan dari posisi sumber ke penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada
metode ini, gelombang yang terjadi setelah gangguan pertama (first break)
diabaikan,sehingga sebenarnya hanya data first break saja yang dibutuhkan.
Parameter jarak (offset) dan waktu jalar dihubungkan oleh cepat rambat
gelombang dalam medium. Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok
konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal sebagaiparameter
elastisitas batuan.
Metode seismik refraksi bertujuan untuk:
1. Mendeteksi struktur geologi di bawah permukaan dangkal, misalnya patahan.
2. Menentukan kedalaman di bawah sumber pada medium dua lapis atau lebih
yang horizontal maupun miring.
HIDROGEOLOGI 9
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
3. Menentukan jenis batuan berdasarkan kecepatan gelombang yang merambat
dalam batuan tersebut.
2.2.1. Interpretasi Data Seismik Refraksi
Secara umum metode interpretasi data seismik refraksi dapat
dikelompokkan menjadi tiga kelompok utama, yaitu intercept time, delay time
method dan wave front method. Metode interpretasi yang paling mendasar dalam
analisis data seismik refraksi adalah intercept time.
Metode intercept time adalah metode T-X (waktu terhadap jarak) yang
merupakan metode yang paling sederhana dan hasilnya cukup kasar, seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.10 sebagai berikut :
Gambar 7 Kurva travel time pada dua lapis sederhana dengan bidang batas
paralel (Sismanto,1999 dalam Jatmiko, 2013)
Pada bidang batas antar lapisan, gelombang menjalar dengan kecepatan lapisan di
bawahnya V2. Skema penjalaran gelombang pada bidang batas antar lapisan
ditunjukkan pada Gambar 2.11 sebagai berikut :
HIDROGEOLOGI 10
x
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Gambar 8. Sistem dua lapis sederhana dengan bidang batas paralel
(Sismanto,1999 dalam Jatmiko 2013).
Waktu rambat gelombang bias pada Gambar 8 dapat diperoleh dari persamaan 1
sebagai berikut :
T= AB+CDV 1
+ BCV 2
(1)
dengan T adalah waktu yang ditempuh gelombang seismik dari titik tembak (A)
sampai ke geophone (D), AB adalah jarak dari titk A ke titik B, CD merupakan
jarak dari titik C ke titik D, BC adalah jarak dari titik B ke titik C, V1 adalah
kecepatan gelombang pada lapisan 1 dan V2 adalah kecepatan gelombang pada
lapisan 2. Dari persamaan 1 dapat diperoleh persamaan 2 sampai dengan
persamaan 2.9 sebagai berikut :
T=2Z1
V 1cos α+
x−2 Z1 tan α
V 2
(2)
T=2 Z1[ 1V 1cos α
− sin αV 2cos α ]+ x
V 2(3)
T=2 Z1[V 2−V 1sin α
V 1 V 2cos α ]+ xV 2
(4)
Pada Gambar 8 memperlihatkan Z1 adalah kedalaman pada lapisan 1, α 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).
Berdasarkan Hukum Snellius bahwa pada sudut kritis berlaku sin α=V 1
V 2 ,
sehingga persamaan 4 dapat dituliskan menjadi persamaan 5 sampai dengan
persamaan 8 sebagai berikut :
T=2Z1 V 1[ 1sin α
−sin α
V 1V 2cos α ]+ xV 2
(5)
T=2 Z1 V 1[ 1−sin2αV 1V 2sin α cosα ]+ x
V 2
(6)
HIDROGEOLOGI 11
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
T=2 Z1cos2α
V 2sin α cosα+ x
V 2
(7)
T=2 Z1cos α
V 1
+ xV 2
(8)
Bila x = 0 maka akan diperoleh Ti dan nilai tersebut dapat diketahui pada kurva
waktu terhadap jarak yang disebut sebagai intercept time. Kedalaman lapisan
pertama ditentukan dengan menuliskan persamaan di atas menjadi persamaan 9
sebagai berikut :
Z1=T i V 1
2cos α(9)
dengan Ti disebut dengan intercept time. Apabila α=sin−1[V 1
V 2], maka persamaan
9 dapat dituliskan kembali menjadi persamaan 10 :
Z1=T i V 1
2cos [sin−1 V 1
V 2] (10)
Jika , cos α=((V 2
2−V 12 )
12 )
V 2
, maka kedalaman atau ketebalan lapisan batuan
pertama dapat dihitung melalui persamaan 11 :
Z1=T iV 1 V 2
2√V 22−V 1
2 (11)
Gambar 9. Kurva travel time pada sistem tiga lapis dengan V1 adalah
kecepatan gelombang pada lapisan pertama dan V2 adalah
kecepatan gelombang pada lapisan kedua
HIDROGEOLOGI 12
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
(Sismanto,1999 dalam Jatmiko, 2013).
Pada Gambar 2.12, Ti1 dan Ti2 berurut-urut merupakan intercept time pada
gelombang bias yang pertama dan kedua. Untuk kedalaman lapisan kedua akan
diperoleh suatu persamaan 2.17.
Z2=[T i2−2 Z1
V 1 V 3√ (V 2 )2−(V 1 )2] V 2 V 3
2√(V 3 )2+(V 2)2 (12)
dengan Ti2 adalah intercept time pada gelombang bias yang kedua. Dari
persamaan 11 dan persamaan 12, dapat digambarkan penampang struktur lapisan
bawah permukaan seperti pada Gambar 10 sebagai berikut :
Gambar 10. Skema sistem tiga lapis, dengan V1, V2 dan V3 berturut-urut adalah
kecepatan gelombang pada lapisan pertama, kedua dan ketiga, Z1
adalah kedalaman pada lapisan pertama, dan Z2 adalah kedalaman
pada lapisan kedua (Sismanto, 1999).
Kecepatan penjalaran gelombang seismik pada lapisan batuan bawah
permukaan berbeda-beda, tergantung sifat fisis yang dimiliki oleh tiap lapisan
batuan. Variasi kecepatan penjalaran gelombang P pada beberapa lapisan batuan
bawah permukaan ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Kecepatan gelombang P pada beberapa lapisan batuan (Burger, 1992)
Material Kecepatan gelombang P (m/s)
Weathered layered 200 – 900
Soil 250 – 600
HIDROGEOLOGI 13
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Clay 1000 – 2500
Sandstone 3000 – 4500
Limestone 5500 – 6000
Granite 5000 – 5100
Sumber: Jatmiko, 2013
Gambar 11. Kurva Penjajaran Gelombang terhadap Waktu Tempuh
Sumber: http://seismik-indonesia.blogspot.com
2.2.2. Alat yang Digunakan dalam Survey Refraksi
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain :
1. Satu set alat seismik refraksi Seismograph PASI 24 Channel, seperti
pada Gambar 3.2 berikut :
HIDROGEOLOGI 14
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Gambar 12 Seismograph PASI 24 channel
Sumber: Jatmiko, 2013
2. Satu set alat GPS Garmin Map 60 CSX sebagai penentu koordinat.
3. Satu unit komputer lengkap dengan perangkat lunak (software) akuisisi
dan interpretasi data seismik refraksi.
4. Satu set roll meter sebagai pengukur jarak geophone dengan sumber
gelombang seismik.
5. Geophone sebanyak 24 buah.
6. Palu hammer dan plat baja.
7. HT sebagai alat komunikasi jarak jauh 2 buah.
Gambar 3.3 Satu set alat seismik refraksi
Sumber: Jatmiko, 2013
2.2.3. Akusisi pada Metode Seismik Refraksi
Tujuan utama akuisisi data seismik adalah untuk memperoleh pengukuran
travel time dari sumber energi ke penerima. Keberhasilan akusisi data bisa
bergantung pada jenis sumber energi yang dipilih. Sumber energi seismik dapat
dibagi menjadi dua yaitu sumber impulsif dan vibrator. Sumber impulsif adalah
sumber energi seismik dengan transfer energinya terjadi secara sangat cepat dan
HIDROGEOLOGI 15
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
suara yang dihasilkan sangat kuat, singkat dan tajam. Sumber energi impulsif
untuk akuisisi data seismik yang digunakan untuk akusisi data seismik di laut
adalah air gun. Sumber energi vibrator merupakan sumber energi dengan durasi
beberapa detik. Panjang sinyal input dapat bervariasi. Gelombang outputnya
berupa gelombang sinusoidal. Seismik refleksi resolusi tinggi menggunakan
vibrator dengan frekuensi 125 Hz atau lebih.
Perekaman data seismik melibatkan detektor dan amplifier yang sangat
sensistif serta magnetic tape recorder. Alat untuk menerima gelombang-
gelombang refleksi untuk survei seismik di laut adalah hidropon. Hidropon
merespon perubahan tekanan. Hidropon terdiri atas kristal piezoelektrik yang
terdeformasi oleh perubahan tekanan air. Hal ini akan menghasilkan beda
potensial output. Elemen piezoelektrik ditempatkan dalam suatu kabel streamer
yang terisi oleh kerosin untuk mengapungkan dan insulasi.
Hampir semua data seismik direkam secara digital. Karena output dari
hidropon sangat lemah dan output amplitude decay dalam waktu yang sangat
singkat, maka sinyal ini harus diperkuat. Amplifier bisa juga dilengkapi dengan
filter untuk meredam frekuensi yang tidakdiinginkan.
Sumber energi yang biasa digunakan dalam survei ini antara lain Buffalo
gun(energi lebih banyak), Sledge hammer (mudah digunakan dan murah), bahan
peledak (lebih banyak energi yang dihasilkan), drop weight (membutuhkan daerah
yang datar), serta air gun yang biasanya digunakan untuk survei di danau atau
laut. Dinamit yang digunakan bermerk Power Gel ini terbungkus dalam tabung
plastik dan dapat disambung-sambung sesuai dengan berat yang diinginkan untuk
ditanam. Di dalam tabung ini dinamit diisi dengan detenator atau ‘cap’ sebagai
sumber ledakan pertama, serta dipasang pula anchor agar dinamit tertancap kuat
di dalam tanah.
Pemasangan dinamit (preloading) dilakukan langsung setelah pemboran
selesai, dengan tujuan untuk menghindari efek pendangkalan dan runtuhan di
dalam lubang. Pengisian dinamit dilakukan oleh regu loader yang dipimpin oleh
seorang shooter yang telah mempunyai pengetahuan keamanan yang berhubungan
dengan bahan peledak dan telah memiliki lisensi tertulis dari migas.
HIDROGEOLOGI 16
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Dalam membuat desain survei seismik terdapat beberapa parameter
lapangan yang harus diperhatikan. Trace adalah point untuk data seismic yang
terekam oleh satu perekam (geophone), sedangkan trace interval sendiri adalah
jarak antar trace. Station unit adalah alat yang di gunakan sebagai pengubah sinyal
yang di terima yaitu sinyal analog ke dalam sinyal digital. Far Offset adalah jarak
antara sumber seismik dengan trace terjauh terjauh. Near Offset adalah jarak
antara sumber seismik dengan trace terdekat. Jumlah shot point adalah banyaknya
SP yang digunakan dalam satu lintasan. Jumlah Trace banyaknya trace yang
digunakan dalam satu SP. Record length dalah lamanya merekam gelombang
seismic. Fold coverage adalah Jumlah atau seringnya suatu titik di subsurfece
terekam oleh geophone di permukaan.
2.2.4. Prosedur dalam Survey Seismik Refraksi
Survey seismik refraksi pada umumnya dilakukan prosedur sebagai berikut:
1. Menyusun konfigurasi peralatan (sesuai kondisi lapangan), pada umumnya
geophone dan sumber gelombang dipasang dalam satu garis lurus (line
seismic). Jarak pisah antara geophone adalah jarak horizontal dan ditentukan
oleh kondisi lapangan.
2. Penempatan sumber gelombang dilakukan untuk mendapatkan sumber
imformasi struktur bawah permukaan bumi secara detail. Sumber gelombang
yang berada di tengah spread (satu rangkaian geophone) diharapkan dapat
mendeteksi lapisan paling atas, dan sumber gelombang yang berada di luar
spread diharapkan dapat mendeteksi lapisan paling bawah yang dapat dicapai
(lapisan bed rock).
3. Data yang diperoleh dari survey seismik refraksi adalah waktu tempuh jalar
gelombang dari sumber ke tiap geophone yang disebut travel time.
4. Tahapan akhir dalam metode seismik refraksi adalah membuat atau melakukan
interpretasi hasil dari survei menjadi data bawah permukaan yang akurat. Data-
data waktu dan jarak dari kurva travel time diterjemahkan menjadi suatu
penampang seismik, dan akhirnya dijadikan menjadi penampang geologi.
Survey geofisika dengan metode seismik refraksi adalah bertujuan untuk
mendeteksi struktur geologi di bawah permukaan dangkal, misalnya patahan.
Untuk menentukan kedalaman di bawah sumber pada medium dua lapis atau
HIDROGEOLOGI 17
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
lebih yang horizontal maupun miring serta menentukan jenis batuan
berdasarkan kecepatan gelombang yang merambat dalam batuan tersebut.
Gambar 12. Penyusunan Alat Metode Seismik Refraksi
Sumber: http://blog.ub.ac.id/
Dalam survei seismik refraksi dilakukan desain survei konfigurasi
peralatan yang disusun seperti pada Gambar 12. Geophone dan sumber
gelombang ditempatkan pada suatu garis lurus (line seismik). Near offset, far
offset, dan jarak antar geophone ditentukan berdasarkan kondisi lapangan tempat
melakukan survei. Pengambilan data dilakukan dengan memberikan sumber getar
yang dalam penelitian ini menggunakan weightdrop seberat 50 kg untuk jarak 10
meter dari geophone yang pertama. Sistem perekaman dilakukan oleh 12
geophone dalam satu garis lurus dengan sumber getar. Pasangan geophone
ditempatkan dengan masing-masing spasi geophone yang telah ditentukan yaitu 2
meter.
Pengukuran dilakukan dengan memberikan impuls vertikal pada
permukaan tanah dan merekam sinyal yang terjadi, sensor diletakkan sepanjang
garis lurus dari sumber impuls. Sensor yang digunakan adalah seismometer darat
yaitu geophone. Akuisisi dalam pengambilan data seismik menggunakan cara
end-on (Common Shot). Dari akusisi data ini akan didapatkan data mentah
seismik, berupa trace-trace seismik dari geophone yang merekam waktu tempuh
gelombang seismik.
HIDROGEOLOGI 18
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Gambar 13. Metode Kerja dari Gelombang Seismik Refraksi
Sumber: http://seismik-indonesia.blogspot.com
Gelombang seismik refraksi yang dapat terekam oleh penerima pada
permukaan bumi hanyalah gelombang seismik refraksi yang merambat pada batas
antar lapisan batuan. Hal ini hanya dapat terjadi jika sudut datang merupakan
sudut kritis atau ketika sudut bias tegak lurus dengan garis normal (r = 90°
sehingga sin r = 1). Hal ini sesuai dengan asumsi awal bahwa kecepatan lapisan
dibawah interface lebih besar dibandingkan dengan kecepatan diatas interface.
Gelombang seismik berasal dari sumber seismik merambat dengan
kecepatan V1 menuju bidang batas (A), kemudian gelombang dibiaskan dengan
sudut datang kritis sepanjang interface dengan kecepatan V2. Dengan
menggunakan prinsip Huygens pada interface, gelombang ini kembali ke
permukaan sehingga dapat diterima oleh penerima yang ada di permukaan.
2.2.5. Pengolahan Data Seismik Refraksi
Pengolahan data seismik refraksi ini dilakukan dengan menggunakan
software Winsism V.12. Pengolahan data seismik refraksi ini diawali dengan
mengkonversi file seismograph SEG2 yang merupakan data hasil rekaman
akuisisi data seismik refraksi di lapangan menjadi file seismik unix. Selanjutnya
dilakukan tahap picking pada data rekaman seismik refraksi yang sudah
dikonversi menjadi file seismik unix, seperti yang ditunjukkkan pada Gambar 14
HIDROGEOLOGI 19
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Gambar 14. Proses picking untuk menentukan waktu tiba gelombang pertama
Sumber: http://seismik-indonesia.blogspot.com
Tujuan dari proses picking ini adalah untuk menentukan waktu tiba
gelombang P pertama (first break) yang sampai pada setiap geophone. Picking
dilakukan secara manual dengan memperbesar tampilan gelombang pertama
terlebih dahulu secara lebih detail kemudian ditentukan waktu tiba gelombang
pertama tersebut. Setelah waktu tiba gelombang pertama pada setiap geophone
diketahui, selanjutnya dibuat kurva travel time yaitu kurva hubungan jarak setiap
geophone dari sumber gelombang seismik terhadap waktu tiba gelombang
pertama pada setiap geophone, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15
Hubungan Posisi Geophone Terhadap Waktu Tiba Gelombang
HIDROGEOLOGI 20
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Posisi Geophone
Gambar 15. Kurva travel time
Sumber: http://seismik-indonesia.blogspot.com
Pada kurva travel time, sudah dapat terlihat banyaknya lapisan batuan
yang dapat teridentifikasi dari hasil survei seismik refraksi. Ini dapat terlihat dari
banyaknya perbedaan slope pada kurva travel time. Karena perbedaan slope pada
kurva travel time mengindikasikan bahwa kecepatan penjalaran gelombang
seismik pada suatu lapisan telah mengalami perubahan seiring dengan perbedaan
kerapatan antar lapisan batuan.
Untuk menentukan kecepatan penjalaran gelombang seismik pada setiap
lapisan batuan dihitung dengan menggunakan metode regresi linear setiap slope
pada kurva travel time. Metode regresi linear adalah sebuah metode statistika
yang memberikan penjelasan tentang pola hubungan (model) linear antara dua
variabel atau lebih. Pada kurva travel time, kecepatan penjalaran gelombang P
merupakan variabel terikat sedangkan posisi geophone dan waktu tiba merupakan
variabel bebas.
Untuk mengetahui apakah bidang batas antar lapisan datar atau miring,
akuisisi data seismik refraksi di lapangan dilakukan dengan forward and reverse
(bolak balik). Jika kurva travel time forward and reverse simetris seperti Gambar
3.8 mengindikasikan bidang batas lapisan batuan datar/horizontal. Sebaliknya jika
kurva travel time forward and reverse tidak simetris dapat mengindikasikan
HIDROGEOLOGI 21
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
bahwa bidang batas lapisan batuan tidak datar (miring), dengan bidang yang
memiliki sudut kemiringan lebih besar menjadi bidang yang lebih tinggi.
2.2.6. Hal- Hal yang Perlu Diperhatikan Saat Pengukuran di Lapangan
Hal yang perlu diperhatikan pada saat pengukuran di lapangan adalah nois
yang sifatnya mengganggu. Ada beberapa hal penyebab nois antara lain adalah
angin, pohon, aliran sungai (parit), benda-benda lain yang bergerak dekat dengan
geophone (orang berjalan, sepeda motor, dan sebagainya). Untuk mendapatkan
hasil yang diharapkan, nois ini harus ditekan sekecil mungkin.
Ada dua macam nois yang dapat dibedakan,
1. Nois yang timbul sesaat kemudian lenyap
Nois ini diakibatkan oleh orang berjalan, motor/mobil, dan sebagainya. Untuk
menghindari nois semacam ini, pada saat sumber gelombang (source)
ditimbulkan, diusahakan agar tidak ada sesuatu yang bergerak disekitar
geophone.
2. Nois yang timbul terus menerus
Nois ini biasanya ditimbulkan oleh angin, pohon (bergoyang), aliran air sungai,
dan sebagainya. Untuk menghindari keadaan semacam ini sebaiknya setiap kali
mengadakan pengukuran seismik, diadakan terlebih dahulu “nois tes”. Jika nois
yang timbul cukup kecil dibanding dengan sinyal yang dihasilkan maka
pengukuran dapat dilaksanakan. Tetapi jika nois cukup besar dibanding sinyal,
pengukuran perlu ditunda beberapa saat sampai nois menjadi kecil.
Untuk menghindari nois, signal yang masuk dapat ditumpuk (di-stack)
beberapa kali, sehingga data yang diperoleh lebih baik dan jelas. Dilakukan
demikian karena dengan stacking, sinyal dijumlahkan sedang nois ditiadakan
(nois bersifat random dan acak).
Sebelum melakukan pengukuran ditentukan terlebih dahulu garis lintasan
pengukuran, lintasan pengukuran diusahakan datar dan mewakili daerah seismik
penelitian atau dengan kata lain penempatan lintasan penelitian didasarkan pada
pertimbangan teknis dan kaitannya dengan usaha untuk mendapatkan gambaran
keadaan bawah permukaan yang memadai.
2.3. Metode Seismik Pantul (Refleksi)
HIDROGEOLOGI 22
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Prinsip dasar dari metoda seismik pantul ini adalah pengiriman sinyal ke
dalam bumi, dan karena adanya bidang perlapisan (bidang kontak) maka bidang
tersebut dapat menjadi bidang pantul (reflektor). Analisis Seismik refleksi
dikonsentrasikan pada energi yang diterima setelah getaran awal diterapkan.
Secara umum, sinyal yang dicari adalah gelombang-gelombang yang terpantulkan
dari semua interface antar lapisan di bawah permukaan. Analisis yang
dipergunakan dapat disamakan dengan ‘echo sounding’ pada teknologi bawah air,
kapal, dan sistem radar. Informasi tentang medium juga dapat diekstrak dari
bentuk dan amplitudo gelombang refleksi yang direkam. Struktur bawah
permukaan dapat cukup kompleks, tetapi analisis yang dilakukan masih sama
dengan seismik refraksi, yaitu analisis berdasar kontras parameter elastisitas
medium.
Tujuan utama dari suatu survei seismik refleksi adalah memberikan
informasi mengenai geologi bawah permukaan. Metoda seismik refleksi ini dapat
dikelompokkan menjadi dua, yaitu :
1. Seismik dangkal (shallow seismic reflection) yang umumnya digunakan dalam
eksplorasi batu bara dan bahan tambang lainnya.
2. Seismik dalam yang umum digunakan untuk eksplorasi daerah prospek
hidrokarbon.
Gambar 16. Skema Metode Seismik Refleksi
Sumber: http://seismik-indonesia.blogspot.com
2.3.1. Parameter-Parameter yang Harus Diperhatikan
Kualitas data seismik sangat ditentukan oleh kesesuaian parameter
lapangan yang digunakan dengan kondisi geologi dan kondisi permukaan daerah
survei. Disamping itu parameter lapangan juga harus disesuaikan dengan target
HIDROGEOLOGI 23
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
eksplorasi yang ingin dicapai. Jadi keberhasilan suatu survei seismik sangat
ditentukan dari desain parameter lapangan digunakan.
Beberapa parameter lapangan yang harus ditentukan dan disesuaikan dengan
kondisi lapangan adalah sebagai berikut :
Jumlah dan susunan geopon
Interval sampling
Jumlah bahan peledak dan kedalaman lubang bor
Jarak antar titik tembak
Jarak antara geopon
Geometri penembakan
Filter (high-cut dan low-cut).
Parameter lapangan dirancang berdasarkan data geologi dan data geofisika
yang ada, dan penentuannya dilakukan dengan uji coba secara langsung di
lapangan. Parameter dipilih berdasarkan optimasi keterbatasan parameter
lapangan dalam memecahkan problem yang muncul. Selain itu faktor ekonomis
juga merupakan pertimbangan utama dalam optimasi ini.
2.3.2. Cara Penentuan Parameter Lapangan
a. Analisa noise (gangguan)
Analisa noise ditujukan untuk mendeskripsikan parameter fisis sinyal dan noise
sehingga desain parameter lapangan dapat dilakukan dengan baik. Analisa (test)
noise ini dilakukan paling awal sebelum survei seismik dimulai. Noise adalah
gelombang yang tidak diharapkan dan sering muncul pada saat perekaman
seismik. Biasanya mengganggu sinyal refleksi.
b. Susunan geopon (array geophone)
Tujuan dari penentuan array geophone ini adalah untuk mendapatkan bentuk
susunan geophone yang dapat berfungsi meredam noise (ground roll) secara
optimal sehingga signal to noise ratio-nya (S/N ratio) tinggi. Untuk menaikkan
(S/N ratio) ground roll harus diredam dengan cara menebarkan geophone.
c. Test kedalaman dan jumlah dinamit
Tujuan test ini adalah untuk menentukan kedalaman pemboran dan jumlah
dinamit yang paling optimum, artinya dapat memberikan hasil perekaman seperti
yang diharapkan tetapi juga dengan biaya yang ekonomis.
HIDROGEOLOGI 24
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
d. Jarak titik tembak
Untuk melakukan pemilihan jarak terdekat dan terjauh ini, kita kaitkan dengan
target dari survei. Untuk memilih jarak terdekat biasanya digunakan acuan target
terdangkal, sedangkan untuk jarak terjauh kita gunakan acuan target terdalam.
e. Geometri Penembakan
Informasi struktur geologi dan data geofisika yang ada di daerah penyelidikan
sangat diperlukan untuk menentukan geometri penembakan. Pemilihan cara
penembakan, tergantung pada kedalaman zona prospek dan kompleksitas struktur
bawah permukaan. Pemilihan geometri penembakan berguna untuk memfokuskan
energi seismik sehingga efektifitas sumber menjadi lebih optimal.
f. Filter (low cut dan high cut)
Penentuan filter low-cut dan high-cut ini kita lakukan pada instrumen yang kita
gunakan. Pemilihan high cut filter dapat ditentukan atas dasar sampling rate yang
digunakan karena sampling rate menentukan besarnya frekuensi aliasing.
Pemilihan besarnya low cut filter ditujukan untuk meredam noise berfrekuensi
lebih rendah dari frekuensi geophone yang digunakan apabila noise tersebut
terlalu menenggelamkan sinyal.
g. Sampling rate
Penentuan besar kecilnya sampling rate bergantung pada frekuensi maksimum
sinyal yang ingin direkam pada daerah survei tersebut. Tetapi pada kenyataannya,
besarnya sampling rate dalam perekaman sangat bergantung pada kemampuan
instrumentasi perekaman yang digunakan, dan biasanya sudah ditentukan oleh
pabrik pembuat instrumen tersebut. Penentuan sampling rate ini akan memberikan
batas frekuensi tertinggi yang terekam akibat adanya aliasing.
2.3.3. Prosedur Pengambilan Data di Lapangan
a. Pemasangan patok
Sebelum dilakukan pengukuran seismik, maka terlebih dahulu harus ditentukan
posisi koordinat (X, Y, dan Z) dari tiap-tiap titik geophone maupun shot point.
Penentuan koordinat ini dapat dilakukan dengan menggunakan theodolith ataupun
GPS. Titik-titik tersebut, kemudian ditandai dengan patok yang sudah mempunyai
harga koordinat terhadap referensi tertentu.
b. Pemasangan geophone
HIDROGEOLOGI 25
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Geophone dipasang sesuai dengan rencana tipe penembakan yang akan dilakukan
dan disusun berurutan. Pemasangan geophone diusahakan sedekat mungkin
dengan patok yang sudah diukur koordinatnya.
c. Pemasangan sumber peledak
Sumber peledak dipasang sesuai dengan rencana tipe penembakan
d. Persiapan alat perekaman data seismik
Sebelum melakukan penembakan alat perekam harus dicek terlebih dahulu,
sehingga data yang dihasilkan cukup optimal.
e. Penembakan
Penembakan hanya dapat dilakukan ketika alat perekam data seismik sudah
dilakukan pengecekan dan terpasang dengan baik.
f. Pencatatan data pengamatan pada observer log
Data pengamatan dan kejadian selama berlangsungnya pengukuran kemudian
disalin pada buku observer log.
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
HIDROGEOLOGI 26
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Berdasarkan penjalaran gelombangnya, metode seismik dibedakan
menjadi 2 metode yaitu metode seismik refraksi dan metode refleksi. Seismik
refraksi efektif digunakan untuk penentuan struktur geologi yang dangkal
sedangkan seismik refleksi untuk struktur geologi yang dalam. Metode seismik
refraksi inilah yang efektif digunakan guna mengetahui nilai kedalaman
bidang gelincir sebagai parameter kelongsoran suatu daerah.
Tabel 3. Perbandingan Seismik Refraksi – Seismik Refleksi
Sumber: http://geophypalace.blogspot.com
3.2. Saran
Untuk mendeteksi variasi lateral dan kedalaman dalam parameter fisis
yang relevan, metode seismik dapat dilakukan di lapangan berdasarkan kelebihan
yang dimilikinya.
DAFTAR PUSTAKA
HIDROGEOLOGI 27
PENDUGAAN AIR TANAH ATAU BATUAN METODE SEISMIK
Hariyadi, Dedi. 2012. Survey Seismik Indonesia http://seismik-indonesia.blogspot.com/2012_06_01_archive.html (diakses 3 Maret 2015)
Huri, A. Z. 2013. Geofisika dan Metodenya. http://geophypalace.blogspot.com/
2013/12/geofisika-dan-metode-metodenya.html (diakses 2 Maret 2015).
Jatmiko, Marinda Dwi, Penentuan Tingkat Kekerasan Lapisan Batuan Bawah Permukaan Menggunakan Metode Seismik Refraksi https://www.academia.edu/7085736/eksperimen_seismik_refraksi (diunduh 4 Maret 2015)
Mualmaul, Eksplorasi Geofisika. 2013. https://wingmanarrows.wordpress.com/ 2013/01/23/eksplorasi-geofisika-5-metoda-seismik-refleksi/ (diakses pada 5 Maret 2015)
Novita, Vani. 2014. Metode Seismik Refraksi. http://blog.ub.ac.id/vanino/ 2014/01/30/metode-seismik-refraksi/ (diakses pada 3 Maret 2015)
Wikipedia Ensiklopedia Bebas, http://id.wikipedia.org/wiki/Metoda_seismik (diakses pada 2 Maret 2015).
HIDROGEOLOGI 28