Konsep Dasar Gelombang Seismik

Gelombang seismik adalah gelombang elastik yang merambat dalam bumi. Bumi sebagai medium gelombang terdiri dari beberapa lapisan batuan yang antar satu lapisan dengan lapisan lainnya mempunyai sifat fisis yang berbeda. Ketidak-kontinuan sifat medium ini menyebabkan gelombang seismik yang merambatkan sebagian energinya dan akan dipantulkan serta sebagian energi lainnya akan diteruskan ke medium di bawahnya seperti yang terdapat dalam Hukum Snellius (Telford et al, 1976).

1.    Hukum Snellius

Hukum Snellius menyatakan ketika suatu gelombang mengenai suatu batas perlapisan dari medium yang berbeda maka energi gelombang tersebut mengalami transmisi dan refleksi (Gambar 4). Dimana sudut datang dari gelombang  ketika kecepatan gelombang pada medium satu lebih kecil daripada di medium dua maka:

2.    Prinsip Huygens

Prinsip Huygens’ mengatakan bahwa setiap titik pada muka gelombang dapat menjadi sumber gelombang baru. Sebuah muka gelombang pada suatu bagian tertentu, kemudian posisi dari muka gelombang dapat ditentukan dengan mempertimbangkan setiap titik pada muka gelombang yang pertama sebagai sumber gelombang (Gambar 5). AB adalah muka gelombang pada waktu t₀ dan kita mengharapkan untuk menemukan muka gelombang pada waktu berikutnya  (t₀ + Δt). Selama interval Δt. jarak gelombang akan bertambah  sejauh VΔt dimana V adalah kecepatan gelombang. Kita akan memilih titik P₁,P₂,P₃ dan seterusnya, pada muka gelombang dari titik tersebut kita bisa menggambar lingkaran dengan jari-jari VΔt. Garis yang menghubungkan tiap muka gelombang (A’B’) kita definisikan sebagai posisi dari muka gelombang yang baru pada waktu (t +Δt) (Telford et al, 1990).

Gambar 2. Prinsip Huygens’ dalam menentukan muka gelombag baru (Sheriff, 1989).

3.      Prinsip Fermat

Prinsip Fermat merupakan suatu gelombang menjalar dari satu titik ke titik lain melalui jalan tersingkat waktu penjalarannya. Dengan demikian jika gelombang 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 seperti pada Gambar 6. (Jamady, 2011).

Gambar 3. Prinsip Fermat (Rawlinson 2003 dalam Abdullah, 2007)

Macam-macam jenis gelombang

Gelombang Badan (Body Wave)

Terdapat dua tipe gelombang yang dpat melewati medium elastik seperti dalam Gambar 4. Gelombang P dikenal dengan gelombang longitudinal, gelombang primer, dan gelombang kompresi yang merupakan gelombang yang arah perambatannya searah dengan gerak partikel. Sedangkan untuk Gelombang S juga dikenal sebagai gelombang transversal, gelombang sekunder atau shear wave. Dimana arah rambat gelombang S ini tegak lurus terhadap gerak partikelnya.

Gambar 4. a) Perambatan Gelombang P dan b) Perambatan Gelombang S (Bolt dalam Kearey et al, 2002)

Menurut Veeken (2007) beberapa energi dari Gelombang-P dikonversi menjadi energi Gelombang-S pada titik refleksi (Gambar 1). Gelombang-P dapat merambat pada benda padat, cair dan gas. Secara matematik, Gelombang-P ditulis sebagai berikut (Priyono, 2006):

dimana :

Vp = kecepatan primer  

k  = modulus Bulk (menyatakan incompressibility)

µ  = konstanta lame (menyatakan rigidity)

 ρ = densitas

Gelombang-S hanya merambat dalam benda padat dan tiba setelah Gelombang-P dengan kecepatan yang bervariasi. Secara matematik, Geombang-S ditulis sebagai berikut (Priyono, 2006):

dimana :

Vs = kecepatan sekunder

 µ  = rigiditas

 ρ  = densitas

Gelombang Permukaan (Surface Wave)

Gelombang permukaan merupakan gelombang elastik yang menjalar sepanjang permukaan bumi dan biasa disebut sebagai tide waves. Karena gelombang ini terikat harus menjalar melalui suatu lapisan atau permukaan. Seperti dalam Gambar 8 gelombang permukaan terdiri dari:

·    Gelombang Love (L) dan gelombang Rayleigh (R), yang menjalar melalui permukaan bebas dari bumi. Gelombang L gerakan partikelnya sama dengan gelombang SH dan memerlukan media yang berlapis. Gelombang R lintasan gerak partikelnya merupakan suatu elips. Bidang elips ini vertikal dan berimpit dengan arah penjalarannya. Gerakan partikelnya ke belakang (bawah maju atas mundur). Gelombang R menjalar melalui permukaan media yang homogen.

·   Gelombang Stonely, arah penjalarannya seperti gelombang Rayleigh tetapi menjalar melalui batas antara dua lapisan di dalam bumi.

·  Gelombang Channel, yaitu gelombang yang menjalar melalui lapisan yang berkecepatan rendah (low velocity layer) di dalam bumi (Ibrahim, 2012). 

Gambar 5. a) Perambatan Gelombang Rayleigh dan b) Perambatan Gelombang Love (Bolt dalam Kearey et al, 2002)

Referensi

Abdullah, A. 2007. Ensiklopedia Seismik Online.html. Jakarta

Bolt, 1982 Dalam Claerbout, J.F. (1985) Fundamentals Of Geophysical Data Processing. Mcgraw Hill, New York.

Ibrahim. 2012. Buku Seismologi dan Gempa Bumi, Penelitian ITB Bandung.

Jusri, T.A. 2004. Panduan Pengolahan Data Seismik Menggunakan Promax. Laboratorium Seismik Program Studi Geofisika Departemen Geofisika Dan Meteorologi Institut Teknologi Bandung. Bandung.

Kearey, et al. 2002. An Introduction to Geophysical Exploration Third Edition. Blackwell Science Ltd.

Priyono, A. 2006. Acquisition, Processing, And Interpretation Seismic Data: FTTM ITB Bandung.

Reynolds, 1998.  An Introduction to Applied and Environmental Geophysics. John Wiley and Sons.

Shearer, P. M. 1999. Introduction To Seismology, Cambridge University Press, United Kingdom.

Sherrif, R. E,. 1989. Exploration Seismology. 2nd Edition. Cambridge University Press: USA.

Telford. 1979. Applied Geophysics. Cambridge University Press, London, New York, Melbourne.