Laporan Akhir Praktikum Geofisika II Asisten : Arif Darmawan PDF

Preview

Summary

Laporan Akhir Praktikum Geofisika II METODE GRAVITY (GRAV) Nama : JAENUDIN NPM : 140310090026 Jadwal Praktikum : Selasa, 07.00-09.30 WIB Asisten : Arif Darmawan Laboratorium Geofisika Jurusan/Prodi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran 2012 Lembar Pengesahan Ge...

Description

Laporan Akhir Praktikum Geofisika II METODE GRAVITY

(GRAV) Nama

: JAENUDIN

NPM

: 140310090026

Jadwal Praktikum

: Selasa, 07.00-09.30 WIB

Asisten

: Arif Darmawan

Laboratorium Geofisika Jurusan/Prodi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran 2012

Lembar Pengesahan Geofisika II (GRAV) Nama

: Jaenudin

NPM

: 140310090026

Laporan Awal

Speaken

Praktikum

Jatinangor,..........................-2012

Asisten

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Lapisan bumi paling luar terdiri dari lapisan kerak benua dan kerak samudera. Di dalam kedua kerak ini memiliki perbedaan densitas (kerapatan) massa yang sangat berpengaruh/rentan terhadap medan gravitasi. Oleh sebab itu terjadi variasi nilai percepatan gravitasi ( anomaly gravitasi). Percepatan gravitasi merupakan medan yang terjadi antara dua massa yang saling berinteraksi. Interaksi tersebut berupa adanya gaya tarik-menarik sehingga kedua benda mengalami percepatan yang arahnya saling berlawanan. Metode gravity merupakan salah satu metode geofisika yang bersifat pasif ( memanfaatkan sumber yang alami) dan didasari oleh hokum Newton untuk gravitasi universal. Metode ini memanfaatkan variasi densitas yang terdistribusi dalam lapisan tanah. Setiap batuan/material mempunyai besar densitas yang berbeda-beda dan dapat mempengaruhi terhadap variasi medan gravitasi bumi, sehingga terjadi anomaly gravitasi. Gravity meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur variasi medan gravitasi bumi. Alat ini bekerja berdasarkan hukum Newton dan hukum Hooke, yaitu beban yang digantung oleh pegas. Dalam pengukuran medan gravitasi dengan menggunakan gravity meter, kita diharapkan mengetahui cara mengkalibrasi alat tersebut. Hal ini dikarenakan keadaan komponen-komponen alat tersebut setiap saat dapat berubah dari keadaan baku. Perubahan tersebut bisa disebabkan oleh perubahan temperature dan tekanan. Dalam mengkalibrasi alat, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu cara laboratorium dan cara lapangan. Pemrosesan data gravity yang sering disebut juga dengan reduksi data gravity, secara umum dapat dipisahkan menjadi dua macam, yaitu proses dasar dan proses lanjutan. Proses dasar mencakup seluruh proses berawal dari nilai pembacaan alat lapangan sampai diperoleh konversi pembacaan gravity meter ke nilai miligal (mgal),

koreksi apungan, koreksi pasang surut, koreksi lintang, koreksi udara bebas, koreksi bouguer dan koreksi medan (terrain). Dalam pengolahannya, kita dapat menentukan harga anomaly gravity dari setiap titik data yang kita ukur. Harga anomaly gravity tersebut disebabkan oleh adanya perbedaan densitas batuan di dalam lapisan permukaan bumi, oleh karena itu dalam koreksi bouguer dibutuhkan harga densitas rata-rata. Densitas rata-rata ini dapat ditentukan dengan menggunakan dua metode, yaitu metode Nettleton, dan metode Parasnis. B. Tujuan Tujuan dari praktikum ini diantaranya : 1. Memahami konsep Metode Gravity 2. Memahami konsep Anomali Gravity 3. Memahami bagian-bagian alat gravity meter 4. Dapat membaca alat gravity meter 5. Mampu mengoperasikan alat gravity meter 6. Menera kembali koefisien pegas yang berubah sehingga mengakibatkan perubahan skala. 7. Menentukan harga CCF (Correction Calibration Factor). 8. Memahami cara akuisisi data 9. Memahami cara melakukan konversi pembacaan ke dalam mgal dari data bacaan gravity meter. 10. Memahami dan dapat menghitung koreksi drift, koreksi udara bebas, koreksi bouguer, dan menentukan koreksi pasang surut dengan cara interpolasi linier dari table pasang surut. 11. Memahami cara menentukan koreksi medan inner zone dengan metode Robins-Oliver dan metode Hammer serta menentukan koreksi medan outer zone denga menggunakan metode Hammer Chart. 12. Memahami dan dapat menghitung nilai gravity pengamatan( gobs ) dan menghitung gravitasi normal (gN) dengan menggunakan beberapa rumus formula gravitasi normal. 13. Memahami dan dapat menghitung anomaly gravitasi dan anomaly bouguer. 14. Menentukan harga rapat massa rata-rata dengan menggunakan metode Nettleton dan metode Parasnis.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengertian Metode Gravity Metode Gravity (gaya berat) dilakukan untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan berdasarkan perbedaan rapat masa jebakan mineral dari daerah sekeliling (ρ=gram/cm3). Metode ini adalah metode geofisika yang sensitive terhadap perubahan vertikal, oleh karena itu metode ini disukai untuk mempelajari kontak intrusi, batuan dasar, struktur geologi, endapan sungai purba, lubang di dalam masa batuan, shaff terpendam dan lain-lain. Eksplorasi biasanya dilakukan dalam bentuk kisi atau lintasan penampang. Perpisahan anomali akibat rapat masa dari kedalaman berbeda dilakukan dengan menggunakan filter matematis atau filter geofisika. Di pasaran sekarang didapat alat gravimeter dengan ketelitian sangat tinggi ( mgal ), dengan demikian anomali kecil dapat dianalisa. Hanya saja metode penguluran data, harus dilakukan dengan sangat teliti untuk mendapatkan hasil yang akurat. Metode gravity merupakan metode geofisika yang didasarkan pada pengukuran variasi medan gravitasi bumi. Pengukuran ini dapat dilakukan dipermukaan bumi, dikapal maupun diudara. Dalam metode ini yang dipelajari adalah variasi medan gravitasi akibat variasi rapat massa batuan dibawah permukaan, sehingga dalam pelaksanaanya yang diselidiki adalah perbedaan medan gravitasi dari satu titik observasi terhadap titik observasi lainnya. Karena perbedaan medan gravitasi ini relatif kecil maka alat yang digunakan harus mempunyai ketelitian yang tinggi. Metode ini umumnya digunakan dalam eksplorasi minyak untuk menemukan struktur yang merupakan jebakan minyak (oil trap), dan dikenal sebagai metode awal saat akan melakukan eksplorasi daerah yang berpotensi hidrokarbon. Disamping itu metode ini juga banyak dipakai dalam eksplorasi mineral dan lain-lain. Meskipun dapat dioperasikan dalam berbagai macam hal tetapi pada prinsipnya metode ini dipilih karena kemampuannya dalam membedakan rapat massa suatu material terhadap lingkungan sekitarnya. Dengan demikian struktur bawah permukaan dapat diketahui. Pengetahuan tentang struktur bawah permukaan ini penting untuk perencanaan langkah-langkah

eksplorasi baik itu minyak maupun mineral lainnya. Eksplorasi metode ini dilakukan dalam bentuk kisi atau lintasan penampang. Manfaat lain dari metode gravitasi adalah bahwa pengukuran dapat dilakukan di daerah budaya banyak dikembangkan, dimana metode geofisika lainnya mungkin tidak bekerja. Sebagai contoh, pengukuran gravitasi bisa dibuat di dalam bangunan, di daerah perkotaan dan di daerah kebisingan budaya, listrik, dan elektromagnetik. Pengukuran kondisi bawah permukaan dengan metode gravitasi membutuhkan sebuah gravimeter dan sarana untuk menentukan lokasi dan elevasi relatif sangat akurat dari stasiun gravitasi. Unit pengukuran yang digunakan dalam metode gravitasi adalah gal, berdasarkan gaya gravitasi di permukaan bumi. Gravitasi rata-rata di permukaan bumi adalah sekitar 980 gal. Unit umum digunakan dalam survei gravitasi daerah adalah milligal (10 - gal 3). Teknik aplikasi lingkungan memerlukan pengukuran dengan akurasi dari beberapa gals μ (10-6 gals), mereka sering disebut sebagai survei mikro. Sebuah survei gravitasi rinci biasanya menggunakan stasiun pengukuran berjarak dekat (beberapa meter untuk beberapa ratus kaki) dan dilakukan dengan gravimeter mampu membaca ke beberapa μ gals. Detil survei digunakan untuk menilai geologi lokal atau kondisi struktural. Sebuah survei gravitasi terdiri dari melakukan pengukuran gravitasi di stasiun sepanjang garis profil atau grid. Pengukuran diambil secara berkala di base station (lokasi referensi stabil noise-free) untuk mengoreksi drift instrumen. Data gaya berat berisi anomali yang terdiri dari dalam efek lokal regional dan dangkal. Ini adalah efek lokal dangkal yang menarik dalam pekerjaan mikro. Banyak diterapkan pada data lapangan mentah. Koreksi ini termasuk lintang, elevasi udara bebas, koreksi Bouguer (efek massa), pasang surut Bumi, dan medan. Setelah pengurangan tren regional, sisa atau data gayaberat Bouguer anomali sisa dapat disajikan sebagai garis profil atau di peta kontur. Peta anomali gaya berat sisa dapat digunakan untuk kedua interpretasi kualitatif dan kuantitatif. Rincian tambahan metode gravitasi diberikan dalam Telford et al (4); Butler (5); Nettleton (6), dan Hinze (7). Metode gravitasi tergantung pada variasi lateral dan kedalaman dalam kepadatan material bawah permukaan. Kepadatan dari tanah atau batuan merupakan fungsi dari densitas mineral pembentuk batuan, porositas medium, dan densitas dari cairan mengisi

ruang pori. Rock kepadatan bervariasi dari kurang dari 1,0 g / cm 3 untuk beberapa batu vulkanik vesikuler lebih dari 3,5 g / cm 3 untuk beberapa batuan beku ultrabasa. Sebuah kontras densitas yang memadai antara kondisi latar belakang dan fitur yang sedang dipetakan harus ada untuk fitur yang akan terdeteksi. Beberapa geologi yang signifikan atau batas hidrogeologi mungkin tidak memiliki kontras densitas medanterukur di antara mereka, dan karenanya tidak dapat dideteksi dengan teknik ini. Sedangkan metode gravitasi langkah-langkah variasi densitas bahan bumi, itu adalah penerjemah yang, berdasarkan pengetahuan tentang kondisi lokal atau data lain, atau keduanya, harus menginterpretasikan data gravitasi dan tiba di solusi geologi yang wajar. Peralatan Geofisika yang digunakan untuk pengukuran gravitasi permukaan termasuk gravimeter, sebuah cara mendapatkan posisi dan sarana yang sangat akurat menentukan perubahan relatif dalam ketinggian. Gravimeters dirancang untuk mengukur perbedaan yang sangat kecil di medan gravitasi dan sebagai hasilnya merupakan instrumen yang sangat halus. Gravimeter ini rentan terhadap shock mekanis selama transportasi dan penanganan. B. Gravity Meter Titik ukur gravitasi di lapangan tidak tetap, berpindah dari suatu tempat (titik) ke tempat lain. Oleh karena itu diperlukan alat yang mudah dioperasikan, tidak mudah rusak atau berubah settingnya dalam perjalanan, dan mempunyai ketelitian baik sesuai dengan penggunaannya. Pengukuran dengan metode benda jatuh bebas tentu tidak mungkin digunakan. Para pakar telah merancang alat pengukuran gravitasi di lapangan yang disebut gravity meter atau gravimeter. Pada dasarnya alat ini bekerja berdasarkan benda yang digantungkan pada pegas.

Gambar 2.10 sebuah gravimeter

Ketika benda digantungi beban m dititik 0 maka pegas akan mulur sepanjang x o dari keadaan setimbang. Dalam hal ini berlaku hukum Hooke F= kx o = mgo dimana k, m dan go masing-masing menyatakan konstanta pegas, massa benda yang digantungkan dan gravitasi mutlak pada titik 0. Jika percobaan ini dilakukan pada sejumlah titik 1 , 2,3,....,n yang nilai gravitasi mutlaknya diketahui maka diperoleh kumpulan persamaan sebagai berikut :

Nilai x dapat diukur dengan sangat teliti dan nilai g juga dapat diukur teliti dengan berbagai metode. Jika m/k adalah konstan maka grafik x terhadap g adalah linier yang melewati titik pangkal O. Masalahnya adalah apakah m/k benar-benar konstan. Massa memang konstan tetapi k mungkin tidak konstan untuk berbagai x. Perhatikan bahwa k memerlukan ketelitian yang tinggi dalam g sehingga pergeseran sedikit saja dari k akan sangat berarti dalam pengaruhnya terhadap ketelitian g. Oleh karena itu :

Dimana :

Karena nilai go, g1, g2 ...gn diketahui maka gj dapat diperoleh. Demikian juga halnya xj karena xj dapat diperoleh dari hasil pembacaan alat. Dengan menganggap m/k konstan pada interval tertutup [ xj-1 , xj ] maka diperoleh pedanan satuan nilai  x dengan g untuk interval tersebut.

1. Gravity Meter La Coste Romberg Dalam klasifikasinya, Gravity meter La Coste Romberg termasuk dalam tipe Zero Length Spring, disamping tipe-tipe lainnya yaitu Weight on Spring (Galf Gravity Meter dan Atlas Gravity Meter). Macam lain dari tipe Zero length spring ini ialah : Frost, Magnolia, dab North Americana Gravity Meter. Gravity meter La Coste Romberg ini mempunyai pembacaan dari 0 sampai dengan 7000 mgal, dengan ketelitian 0,01 mgal dan drift rata-rata kurang dari 1 mgal setiap bulannya. Untuk operasionalnya, Gravity meter ini memerlukan temperature yang tetap ( contoh untuk LRG, alat yang dipakai Pertamina, pada suhu 51o C), oleh karena itu dilengkapi dengan Thermostat untuk menjaga keadaan temperature supaya tetap. Dengan adanya Thermostat ini, maka diperlukan baterai 12 Volt, disamping untuk pembacaan benang palang (cross hair) dab Bable Level. Berat gravity meter ini termasuk baterai dan kotaknya kurang lebih 19 pound, sedangkang baterai charger dan piringan levelnya kira-kira 8 pound.

Gambar 1.1 Gravity Meter LaCoste Romberg (Austin,2004)

2. Prinsip Kerja Gravity Meter Secara sederhana, mekanisme LaCoste Romberg Seismograph ini terdiri dari suatu beban pada ujung batang yang ditahan oleh zero length spring yang berfungsi sebagai spring utama. Perubahan besarnya gaya tarik bumi akan menyebabkan perubahan kedudukan benda, dan pengamatan dilakukan dengan pengaturan kembali kedudukan beban pada posisi semula(Null Adjusment). Pengaturan kembali ini dilakukan dengan memutar measuring screw. Banyaknya pemutaran measuring screw terlihat pada dial counter, yang berarti besarnya variasi gaya tarik bumi dari suatu tempat ke tempat lain.

Gambar 1.2 Sketsa Diagram dari LaCoste Romberg

Perubahan kedudukan pada ujung batang, disamping adanya gaya tarik bumi, juga disebabkan oleh adanya goncangan-goncangan. Untuk menghilangkan goncangan maka pada ujung batang yang lain dipasang Shock Eliminating Spring. Zero length spring dipakai pada keadaan dimana gaya per berbanding lurus dengan jarak antara titik per dan titik dimana gaya bekerja. Jika keadaan zero length sempurna, maka berlaku :

Dimana k adalah konstanta Per, sedangkan s adalah jarak antara titik ikat Per dimana gaya bekerja. Dari gambar di atas, dapat diambil kesimpulan bahwa peralatn tersebut tidak tergantung besar sudut α, ß, dan θ, sehingga jika terjadi penyimpangan sudut yang kecil dari titik keseimbangan maka gaya pada sistem ini tidak dapat kembali lagi dan secara teoritis dapat diatur mempunyai periode yang tidak berhingga, biasanya perioda alat ini sekitar 15 detik. 3.

Kalibrasi Gravity Meter Sebelum melakukan pengambilan data, Gravity Meter harus dikalibrasi terlebih dahulu. Kalibrasi gravity meter dilakukan karena keadaan komponen-komponen alat ukur tersebut setiap saat dapat berubah dari keadaan baku. Perubahan tersebut bisa disebabkan oleh temperatur, tekanan udara atau penyebab mekanisme lainnya. Kalibrasi gravity meter dilakukan untuk menera kembali koefisien pegas yang berubah sehingga mengakibatkan perubahan skala. Peneraan dilakukan dengan membaca gravity meter melalui suatu jalur kalibrasi dengan titik-titik yang mempunyai nilai gravity baku. Dengan cara membandingkan nilai bacaan gravity r dari pengukuran dengan nilai gravity baku sehingga diperoleh faktor skala. Kalibrasi dapat dilakukan dengan 2 cara , yaitu: a. Cara Laboratorium Dilakukan untuk menentukan nilai-nilai konversi bacaan alat ukur ke dalam mgal. Hal ini telah dilakukan oleh pabrik dan diterbitkan dalam bentuk tabel.

b. Cara lapangan Cara lapangan bertujuan untuk menguji nilai skala Gravity Meter, yaitu dengan menentukan nilai skala baru untuk kemudian dibandingkan terhadap nilai pada tabel konversi. Dengan demikian dapat diketahui apakah nilai skala masih sesuai atau perlu dikoreksi. Nilai kalibrasi CCF dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

Dengan : g1 , g2 ialah nilai gravity yang telah diketahui pada stasiun 1 dan 2. r1 , r2 ialah nilai bacaan Gravity meter yang telah dikonversi dalam mgal pada stasiun 1 dan 2 setelah dikoreksi pasang surut dan apungan(drift). Apabila nilai konversi dari pabrik masih benar, maka nilai CCF ( Correctin Calibration Factor) harus mendekati satu. Bilai nilai CCF setelah diuji dengan pengukuran berulang-ulang, ternyata menyimpang terlalu jauh dari satu, maka nilai konversi tersebut tidak sesuai lagi. Beberapa ketentuan yang harus dipenuhi dalam menguji nilai CCF adalah sebagai berikut : 

Drift linier yang didapat dari hasil perhitungan tidak boleh melebihi 0,030 mgal tiap kitaran.



Nilai CCF yang diperoleh harus berada dalam selang kepercayaan:

Dalam pembuatan jalur kalibrasi, diperlukan pemilihan stasiun yang tepat sesuai dengan beberapa persyaratan sebagai berikut: 1) Jalur kalibrasi harus mempunyai jarak yang relatif pendek, dengan bedaketinggian yang cukup besar. 2) Apabila jalur kalibrasi terdiri dari beberapa stasiun, maka beda gravity antar stasiun kalibrasi sebaiknya 50-60 mgal.

3) Lokasi stasiun sebaiknya mudah dicapai dengan kendaraan pada setiap saat, bebas dari getaran ataupun gangguan lainnya. 4) Stasiun harus permanen dan stabil. 5) Pembuatan jalur kalibrasi minimal menggunakan tiga alat. 6) Pembuatan jalur kalibrasi yang baru hendaknya dilaporkan pada Komite Gaya Berat Nasional. C. Konsep Dasar Metode Gravity 1. Medan Gravitasi dan Potensial Gravitasi Interaksi antara dua benda yang berjarak r ialah timbulnya gaya tarik menarik antar kedua benda tersebut. Bila perbandingan massa kedua benda bernilai sangat besar, maka benda yang mempunyai massa lebih besar akan menimbulkan medan gravitasi terhadap benda yang massanya jauh lebih kecil. Sehingga benda yang mempunyai massa jauh lebih kecil tersebut akan mengalami medan gravitasi oleh benda bermassa besar. Jika kita analogikan pada massa benda m dipermukaan bumi dengan massa bumi M, maka dapat kita katakan bahwa massa bumi M sebagai sumber medan gravitasi terhadap benda m.Fisisnya benda m akan mengalami percepatan gravitasi bumi yang besarnya :

r diukur sebagi jarak benda m terhadap pusat massa bumi. Dimensi medan gravitasi ialah N/kg atau m/s2. Medan atau percepatan gravitasi sebenarnya tidak tepat mengarah ke pusat bumi, karena efek rotasi bumi akan menimbulkan percepatan sentripetal. Dalam hal ini pusat lingkaran bukanlah pusat bumi karena lingkaran tersebut adalah lingkaran garis bujur, yaitu lingkaran yang sejajar garis khatulistiwa. Namun efek ini sangat kecil dibanding percepatan tarikan bumi, oleh karena itu dapat diabaikan, dan dianggap bahwa g vertikal ke bawah.

Persebaran benda atau batuan pada lapisan bumi ialah tidak homogen, oleh karena itu antara batuan yang satu terhadap yang lainnya saling berpengaruh. Ketidak homogenan ini dikarenakan adanya perbedaan densitas atau distribusi rapat massa. Sehingga setiap batuan atau material memberikan harga respon gravitasi yang berbeda-beda. Perbedaan respon gravitasi tersebut sangatlah kecil, maka dibutuhkan satuan yang berorder mikro. Dalam satuan SI, satuan dasar g ialah m/s2, bila dalam satuan cgs ialah cm/s2 atau gal, maka perbedaan g sering juga ditulis dalam satuan mgal (mili gal). 1 gal = 1 cm/s2 = 1000 mgal = 10.000 gu = 1.000.000 μgal *gu =gravity unit

2. Konversi Nilai Pembacaan ke dalam Miligal Cara melakukan konversi adalah sebagai berikut: Misal hasil pembacaan gravity meter 1714,360. Nilai ini diambil nilai bulat sampai ratusan yaitu 1700. Dalam tabel konversi nilai 1700 sama dengan 1730,844 mGal Sisa dari hasil pembacaan yang belum dihitung yaitu 14,360 dikalikan dengan faktor interval yang sesuai dengan nilai bulatnya, yaitu 1,01772 sehingga hasilnya menjadi 14,360 x 1,01772 = 14.61445 mGal. Kedua perhitungan diatas dijumlahkan, hasilnya adalah (1730,844 + 14.61445) x CCF = 1746.222 mGal. Dimana CCF (Calibration Correction Factor) merupakan nilai kalibrasi alat Gravity meter LaCoste & Romberg type G.525 sebesar 1.000437261.

D. Reduksi Data Gravity Seperti telah disebutkan terdahulu bahwa kenyataannya bumi kita ini adalah bulat dan homogen isotropik, sehingga terdapat variasi harga percepatan gravitasi untuk masingmasing tempat. Hal-hal yang dapat mempengaruhi harga percepatan gravitasi adalah : 1. Koreksi Pasang Surut Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan efek gravitybenda-benda di luar bumi seperti mata...