Skip to content

Metode Seismik Refraksi

2014 January 30
by Vani Novita

Metode Seismik

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. Dalam menentukan struktur geologi, metode seismik dikategorikan ke dalam dua bagian yang besar yaitu seismik bias dangkal (head wave or refrected seismic) dan seismik refleksi (reflected seismic). Seismik refraksi efektif digunakan untuk penentuan struktur geologi yang dangkal sedang seismik refleksi untuk struktur geologi yang dalam. (Nurdiyanto dkk, 2011)

Eksperimen seismik aktif pertama kali dilakukan pada tahun 1845 oleh Robert Mallet, yang oleh kebanyakan orang 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. Pemakaian awal observasi seismik untuk eksplorasi minyak dan mineral dimulai pada tahun 1920an. Teknik seismik refraksi digunakan secara intemsif di Iran untuk membatasi struktur yang mengandung minyak. Tetapi, sekarang seismik refleksi merupakan metode terbaik yang digunakan di dalam eksplorasi minyak bumi. Metode ini pertama kali didemonstrasikan di Oklahoma pada tahun 1921.

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 geophone dan sumber ledakan, struktur lapisan geologi di bawah permukaan bumi dapat diperkirakan berdasarkan besar kecepatannya. (Susilawati, 2004)

Asumsi Dasar

Berbagai anggapan yang dipakai untuk medium bawah permukaan bumi antara lain medium bumi dianggap berlapis-lapis dan tiap lapisan menjalarkan gelombang seismik dengan kecepatan yang berbeda, makin bertambahnya kedalaman batuan lapisan bumi makin kompak. Sedangkan anggapan yang dipakai untuk penjalaran gelombang seismik antara lain panjang gelombang seismik sangan kecil dibandingkan ketebalan lapisan bumi. Hal ini memungkinkan setiap lapisan bumi akan terdeteksi. Gelombang seismik dipandang sebagai sinar seismik yang memenuhi hukum Snellius dan perinsip Huygens.  Pada bidang batas antar lapisan, gelombang seismik menjalar dengan kecepatan gelombang pada lapisan dibawahnya. Kecepatan gelombang bertambah dengan bertambahnya kedalaman.

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 datafirst 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 sebagai parameter elastisitas batuan.

Sedangkan dalam seismik refleksi, analisis 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

Berdasar perbedaan-perbedaan tersebut, teknik refleksi lebih mampu menghasilkan data pengamatan yang dapat diinterpretasikan (interpretable). Seperti telah dinyatakan sebelumnya, bagaimanapun juga teknik refleksi membutuhkan biaya yang lebih besar. Biaya tersebut biasanya sangat signifikan secara ekonomis. Karena survey refleksi membutuhkan biaya lebih besar daripada survey refraksi, maka sebagai konsekuensinya survey refraksi lebih senang digunakan untuk lingkup sempit/kecil. Misalnya digunakan dalam mendukung analisis lingkungan atau geologi teknik. Sedangkan survey refleksi digunakan dalam eksplorasi minyak bumi.

Metode Seismik Refraksi

Metode seismik refraksi merupakan teknik umum yang digunakan dalam survai geofisika untuk menentukan kedalaman batuan dasar, litologi batuan dasar (bed rock), sesar, dan kekerasan batuan. Pada prinsipnya, metode seismik refraksi memanfaatkan perambatan gelombang seismik yang merambat kedalam bumi. Pada dasarnya dalam metoda ini diberikan suatu gangguan berupa gelombang seismik pada suatu sistem kemudian gejala fisisnya diamati dengan menangkap gelombang tersebut melalui geophone. Waktu tempuh gelombang antara sumber getaran dan penerima akan menghasilkan gambaran tentang kecepatan dan kedalaman lapisan.

Hal tersebut akan menghasilkan gambaran tentang kecepatan dan kedalaman lapisan berdasarkan penghitungan waktu tempuh gelombang antara sumber getaran (shot) dan penerima (geophone). Waktu yang diperlukan oleh gelombang seismik untuk merambat pada lapisan batuan bergantung pada besar kecepatan yang dimiliki oleh medium yang dilaluinya tersebut. Data yang diperoleh berupa travel time dari gelombang pada tiap-tiap geophone.Untuk mendapatkan kualitas rekaman seismik refraksi yang tinggi dan mengandung bentukfirst breakyang tajam, dilakukan teknikstacking,gain danfiltering.

Pada survai seismik refraksi hukum dasar yang digunakan yaitu dasar pemantulan dan pembiasan diantaranya: hukum Snellius, azas Fermat, dan hukum Huygens. Menurut hukum Snellius menjelaskan hubungan antara sinus sudut datang dan sudut bias terhadap kecepatan gelombang dalam medium. Azas Fermat yang menyatakan dalam penjalaran gelombang dari satu titik ke titik selanjutnya yang melewati suatu medium tertentu akan mencari suatu lintasan dengan waktu tempuh yang paling sedikit. Sedangkan untuk hukum Huygens menyatakan bahwa suatu gelombang yang melewati suatu titik akan membuat titik tersebut menjadi sumber gelombang baru dan akan begitu seterusnya. (Telford, 1976)

Seismik refraksi dihitung berdasarkan waktu yang dibutuhkan oleh gelombang untuk menjalar pada batuan dari posisi sumber seismik menuju penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah sinyal pertama (firstbreak) diabaikan, karena gelombang seismik refraksi merambat paling cepat dibandingkan dengan gelombang lainnya kecuali pada jarak (offset) yang relatif dekat sehingga yang dibutuhkan adalah waktu pertama kali gelombang diterima oleh setiap geophone. Kecepatan gelombang P lebih besar dibandingkan dengan kecepatan gelombang S sehingga waktu datang gelombang P yang digunakan dalam perhitungan metode ini. Parameter jarak dan waktu penjalaran gelombang dihubungkan dengan cepat rambat gelombang dalam medium. Besarnya kecepatan rambat gelombang tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada dalam material yang dikenal sebagai parameter elastisitas.

 

refraksi

 

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.

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 lebih yang horizontal maupun miring serta menentukan jenis batuan berdasarkan kecepatan gelombang yang merambat dalam batuan tersebut.

Akuisisi 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 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.

 

ref2

 

Dalam survei seismik refraksi dilakukan desain survei konfigurasi peralatan yang disusun seperti pada Gambar 2. 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.

Peralatan yang digunakan dalam survei seismik refraksi antara lain geophone, seismograph, baterai, kabel, radio dan portabel drill. 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.

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.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam akuisisi yaitu:

  1. Mencari informasi literatur mengenai daerah tersebut, diantaranya apakah sudah pernah dilakukan penelitian dengan metode geofisika tertentu. Agar diperoleh point survey.
  2. Mencari informasi mengenai kondisi/struktur geologi area, misalnya peta geologi.
  3. Tentukan tujuan/main goal dari akuisisi
  4. Dibuat design survey dengan menyesuaikan kondisi lapangan.design survey dibuat serapat/seideal  mungkin agar didapat data yang diinginkan.
  5. Ditentukan konfigurasi yang akan diterapkan di lapangan, serta Source yang akan digunakan
  6. Chek list kelengkapan sebagai berikut :
  • Kalibrasi alat
  • Akomodasi transportasi
  • Job description masing-masing peserta survei
  • Form data akuisisi

Dalam 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. Untuk survei yang efisien, minimal harus ada 2 offset shots, 2 end shots, dan 2 center shot. (Jenny, 2013)

 

Atau bisa juga seperti metode berikut ini

  1. Membuat bentangan berupa garis lurus
  2. Menentukan jarak antar geophone dan menentukan titik tembak dengan memperhatikan kondisi lingkungan
  3. Memasang geophone dengan interval 3 meter
  4. Menentukan arah bentangan dengan menggunakan kompas dan mengukur posisi tiap geophone
  5. Menghubungkan semua geophone dengan utama (seismograf) unit menggunakan kabel konektor
  6. Mengoperasikan alat Pasi
  7. Memberi gangguan pada shoot point pada enset 1 dan enset 2. Dimana ensed 1 berada pada 1,5 meter sebelum geophone pertama dan ensed 2 berada 1,5 meter setelah geophone 24
  8. Merekam data berupa respon yang diperoleh berupa penjalaran gelombang di bawah permukaan yang akan terekam otomatis pada alat pasif.
  9. Selanjutnya lintasan pengukuran dipindahkan lagi ke lintasan berikutnya dan mengikuti urutan kerja seperti pada point 1 – 8 (N.K. Adnyawati, et al. 2012)

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.

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 N. K. Adnyawati, et. Al. 2012. Analisis Struktur Bawah Permukaan dengan Menggunakan Metode Seismik Refraksi di Universitas Tadulako.

Nurdiyanto, Boko dkk. 2011. Penentuan Tingkat Kekerasan Batuan Menggunakan Metode Seismik Refraksi. Jurnal Meteorologi dan geofisika.

Priyantari, Nurul. 2009. Penentuan Kedalaman Bedrock Menggunakan Metode Seismik Refraksi di Desa Kemuning Lor Kecamatan Arjasa Kabupaten Jember. Jurnal Ilmu Alam.

Susilawati. 2004. Seismik Refraksi (Dasar Teori dan Akuisisi Data). Sumatera Utara : USU Digital Library

Telford, M.W., Geldart, L.P., Sheriff, R.E, & Keys, D.A. 1976. Applied geophysics, New York: Cambridge University Press.

No comments yet

Leave a Reply

Note: You can use basic XHTML in your comments. Your email address will never be published.

Subscribe to this comment feed via RSS

CAPTCHA Image
*