Metode Gayaberat (Gravity) Dalam Eksplorasi Geofisika
By Widia Anggraeni - September 03, 2017
(Dokumentasi Penulis)
Metode Gaya Berat
Hukum Gravitasi Newton
Hukum Gravitasi Newton
Prinsip dasar yang digunakan dalam metode gayaberat ini adalah hukum gravitasi Newton yang menyatakan bahwa gaya tarik menarik dua titik massa m1 dan m2 yang terpisah pada jarak r diberikan oleh persamaan : 4. 𝐹 = 𝛾 ((𝑚1𝑚2)/𝑟2 𝑟) Dimana F adalah gaya antara dua partikel bermassa m1 dan m2, r adalah jarak antar dua partikel, 𝑟 adalah vektor satuan dari m1 dan m2, dan 𝛾 Konstanta gravitasi universal (6.6732 x 10-11N m2/kg2). Persamaan di atas dapat diilustrasikan dengan gambar di bawah ini yang memperlihatkan hubungan antara variabel – variabel di atas (Syamsuriadi, 2012).
Gambar 1. Gaya tarik – menarik benda
Percepatan Gravitasi Bumi Teoritik
Hasil pengukuran percepatan gravitasi bumi atau gayaberat di atas permukaan secara lateral menunjukkan harga yang bervariasi (harga rata-rata = 9,81 m/s2 = 981 gal, dimana 1 gal = 1 cm/s2). Oleh karena itu, dari hasil pengukuran di atas diketahui bahwa bumi tidak bulat sempurna dan bumi berotasi. Bentuk rata-rata bumi yang sebenarnya didekati oleh geoid / mean sea level. Sedangkan bentuk pendekatan bumi teoritik saat ini adalah oblate spheroid (sudah memperhitungkan sifat rotasi bumi). Adapun persamaan percepatan gravitasi bumi teoritik yang dikenal sebagai formula gayaberat bumi referensi (dari International Association of Geodesy, 1967), adalah :
g(λ) = ge (1 + αsin2λ + βsin2λ) (1)
parameter berhubungan dengan frekuensi sudut rotasi dan flattening kutub (Sarkowi,2010).
Potensial gravitasi distribusi massa Potensial gravitasi adalah energi yang diperlukan untuk memindahkan suatu massa dari suatu titik ke titik tertentu. Suatu benda dengan massa tertentu dalam sistem ruang akan menimbulkan medan potensial di sekitarnya. Dimana medan potensial bersifat konservatif, artinya usaha yang dilakukan dalam suatu medan gravitasi tidak tergantung pada lintasan yang ditempuhnya tetapi hanya tergantung pada posisi awal dan medan potensial dapat dinyatakan sebagai gradien atau potensial skalar (Blakely, 1996), melalui persamaan dibawah ini dimana fungsi U pada persamaan di atas disebut potensial gravitasi, sedangkan percepatan gravitasi g merupakan medan potensial. Tanda minus menandakan bahwa arah gayaberat menuju ke titik yang dituju. Dengan mengasumsikan bumi dengan massa M bersifat homogen dan berbentuk bola dengan jari-jari R, potensial gravitasi di permukaan dapat didefinisikan dengan persamaan:
Gambar 2.2 Potensial massa tiga dimensi (Telford, 1990).
Teori Dasar
A. Akuisisi
Survei gravity dengan menggunakan sistem looping, dimana akuisisi data dimulai dan diakhiri di titik yang sama di base. Ukuran dari looping biasanya digunakan untuk mengetahui drift atau pertambahan nilai gravity akibat kelelahan alat. Yang biasanya looping dilakukan dua jam sekali. Untuk base yaitu nilai gravity referensinya harus diketahui sehingga digunakan untuk meminimalisir kesalahan akuisisi data. Pada biasanya titik pengukuran ada yang langsung berbentuk grid dan acak. Untuk susunan pengukuran dipilih tempat yang bebas ari gangguan penyebab noise (Milsom, 2003).
- Land Survei yaitu survei di darat dengan menggunakan titik base sebagai referensi dengan membuat titik pengukuran dengan acak ataupun grid.
- Survei Marine yaitu penggunakan lokasi stasiun, yang bekerja pada permukaan dengan kapal dan menggunakan radionavigasi sistem seperti soran dan sistem kontrol.
- Survei Airborn yaitu survei yang paling sulit dengan pengukuran area yang sangat luas dengan perubahan ketinggian dan kecepatan linear yang akan dikoreksi dengan pesawat akibat percepatan dan pelambatannya (Telford, 1990).
Pengolahan Data
Koreksi Drift
Koreksi drift yaitu koreksi yang dilakukan akibat perubahannilai bacaan dengan waktu, akibat kelelahan alat, untuk mengkoreksi nilai drift nya maka dilakukan loopin dalam akuisisi data. Kurva dalam koreksi drift ini linear seperti gambar dibawah ini,
Dimana : Gt adalah bacaan nilai g di akhir
Go adaalh bacaan nilai g di awal
Tt adalah waktu di akhir
To adalah waktu di awal
Tn adalah waktu di stasiun ke n
Koreksi Lintang
Koreksi lintang yaitu koreksi yang dilakukan akibat perbedaan lintang, nilai gravity lintang ini lah yang disebut dengan niali gravity normal. Untuk menghitung nilai koreksi lintang maka menggunakan rumus dibawah ini:
Nilai koreksi ini disesuaikan dengan perubahan jari jari bumi dan nilai gravitasi yang meningkat mendekati kutub. Koreksi ini harus ditambahkan untuk titik base pengukuran (Lowrie, 2007).
Koreksi Udara Bebas
Koreksi udara bebas adalah mereduksi nilai gravity akibat ketinggian diatas rata rat muka laut, tanpa memperhatikan massa bawah permukaan. Pengukuran ini berbeda dengan di MSL melainkan adanya beda ketinggian h meter, dengan nilai 3,086 g.u/m
FAC = 3,086 x h (g.u)
Dimana : h adalah ketinggian
Koreksi Bouguer
Koreksi bouguer hampir sama dengan udara bebas tetapi memperhitungkan adanya massa bawah permukaan untuk mereduksi nilai gravity. Koreksi bouguer dihitung dengan menyertakan ketebalan slab bouguer yang tak terhingga dengan rapat massa nya.
ρ adalah densitas
ρw adalah densitas air
hw adalah tinggi air dari permukaan bawah laut.
Koreksi Terrain
Yaitu koreksi yang dilakukan untuk menghilangkan nilai gravity akibat adanya gaya tarik dari massa sekitar akibat perbedaan topografi yang memperngaruhi nilai gravity yang terukur. Dalam penentuan besar koreksi Bouguer harus menggunakan Hammer Chart.
Inner Zone adalah memiliki radius yang tidak terlalu besar sehingga didapatkan dari pengamatan di lapangan. Dibagi menjadi :
- Zona B : radius 6,65 ft yang dibagi menjadi empat sektor
- Zona C : radius 54,6 ft dan dibagi menjadi 6 sektor
Outer Zone yaitu radius cukup jauh, dengan menggunakan analisa kontur yang dibagi menjadi bebrapa zona:
- Zona D : radius 175 ft yang dibagi menjadi 6 sektor
- Zona E : radius 558 ft yang dibagi menjadi 8 sektor
- Zona F : radius 1280 dan dibagi menjadi 8 sektor
- Zona G : radius 2938 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona H : radius 5018 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona I : radius 8575 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona J : radius14612 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona sampai M dan dibagi menjadi 12 sektor
Analisa Spektrum
Yaitu hal yang dilakukan sebelum filtering atau pemisahan anomali regional dan residual, prose ini dilakukan untuk menentukan lebar jendela ilter yang dianggap paling baik untuk digunakan dalam pemisahan anomali regional dan residual pada daerah penelitian (Walidah, 2011).
Interpretasi
Interpretasi dalam metode gaya berat adalah menafsirkan sebaran massa bawah permukaan berdasarkan anomali yang telah diolah dan dimodelkan. Tujuannya adalah untuk mengetahui informasi bawah permukaan berdasarkan berda ddensitas batuan. Daalm interpretasi ada dua jenis anomali yaitu anomali regional dan anomali residual. Jika suatu body bawah permukaan memiliki densitas yang besar maka biasanya batuan basement (Lowrie, 2007).
Interpretasi nilai anomali yang berlawan yaitu positif negatif yang biasanya di indikasikan sebagai sesar, maka dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Koreksi drift yaitu koreksi yang dilakukan akibat perubahannilai bacaan dengan waktu, akibat kelelahan alat, untuk mengkoreksi nilai drift nya maka dilakukan loopin dalam akuisisi data. Kurva dalam koreksi drift ini linear seperti gambar dibawah ini,
Dn ={( Gt-Go)/(Tt-To)}*(Tn-To)
Dimana : Gt adalah bacaan nilai g di akhir
Go adaalh bacaan nilai g di awal
Tt adalah waktu di akhir
To adalah waktu di awal
Tn adalah waktu di stasiun ke n
Gambar 3. Koreksi Drift
Koreksi Lintang
Koreksi lintang yaitu koreksi yang dilakukan akibat perbedaan lintang, nilai gravity lintang ini lah yang disebut dengan niali gravity normal. Untuk menghitung nilai koreksi lintang maka menggunakan rumus dibawah ini:
glatitude = 9.78031864 (1+0.005278895 sin2φ-0.0000059 sin22 φ
dimana φ adalah lintang Nilai koreksi ini disesuaikan dengan perubahan jari jari bumi dan nilai gravitasi yang meningkat mendekati kutub. Koreksi ini harus ditambahkan untuk titik base pengukuran (Lowrie, 2007).
Koreksi Udara Bebas
Koreksi udara bebas adalah mereduksi nilai gravity akibat ketinggian diatas rata rat muka laut, tanpa memperhatikan massa bawah permukaan. Pengukuran ini berbeda dengan di MSL melainkan adanya beda ketinggian h meter, dengan nilai 3,086 g.u/m
FAC = 3,086 x h (g.u)
Dimana : h adalah ketinggian
Gambar 4.koreksiUdara Bebas
Koreksi Bouguer
Koreksi bouguer hampir sama dengan udara bebas tetapi memperhitungkan adanya massa bawah permukaan untuk mereduksi nilai gravity. Koreksi bouguer dihitung dengan menyertakan ketebalan slab bouguer yang tak terhingga dengan rapat massa nya.
BC = 0.04192 x h x ρ
Untuk survei di laut menggunakan persamaan
BC = 0.04192(ρt-ρw)hw
Dimana: h adalah ketinggianρ adalah densitas
ρw adalah densitas air
hw adalah tinggi air dari permukaan bawah laut.
Gambar 5.Koreksi Bouguer
Koreksi Terrain
Yaitu koreksi yang dilakukan untuk menghilangkan nilai gravity akibat adanya gaya tarik dari massa sekitar akibat perbedaan topografi yang memperngaruhi nilai gravity yang terukur. Dalam penentuan besar koreksi Bouguer harus menggunakan Hammer Chart.
Gsegment TC = 2πρG/N{r2-r1+(r12=z)1/2 – (r22+z2)1/2}
Gambar 6.Koreksi Bouguer dan Hammer Chart (Reynolds, 1997)
- Zona B : radius 6,65 ft yang dibagi menjadi empat sektor
- Zona C : radius 54,6 ft dan dibagi menjadi 6 sektor
Outer Zone yaitu radius cukup jauh, dengan menggunakan analisa kontur yang dibagi menjadi bebrapa zona:
- Zona D : radius 175 ft yang dibagi menjadi 6 sektor
- Zona E : radius 558 ft yang dibagi menjadi 8 sektor
- Zona F : radius 1280 dan dibagi menjadi 8 sektor
- Zona G : radius 2938 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona H : radius 5018 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona I : radius 8575 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona J : radius14612 dan dibagi menjadi 12 sektor
- Zona sampai M dan dibagi menjadi 12 sektor
Analisa Spektrum
Yaitu hal yang dilakukan sebelum filtering atau pemisahan anomali regional dan residual, prose ini dilakukan untuk menentukan lebar jendela ilter yang dianggap paling baik untuk digunakan dalam pemisahan anomali regional dan residual pada daerah penelitian (Walidah, 2011).
Interpretasi
Interpretasi dalam metode gaya berat adalah menafsirkan sebaran massa bawah permukaan berdasarkan anomali yang telah diolah dan dimodelkan. Tujuannya adalah untuk mengetahui informasi bawah permukaan berdasarkan berda ddensitas batuan. Daalm interpretasi ada dua jenis anomali yaitu anomali regional dan anomali residual. Jika suatu body bawah permukaan memiliki densitas yang besar maka biasanya batuan basement (Lowrie, 2007).
Interpretasi nilai anomali yang berlawan yaitu positif negatif yang biasanya di indikasikan sebagai sesar, maka dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 7.Interpretasi Sesar dari Respon Anomali (Telford, 1990)
Referensi:
- Lowrie; William, 2007, Fundamentals of Geophysics, Cambridge: Cambridge University Press,
- Milsom; John, 2003, Field Geophysics The Geological Field Guide Series Third Edition, England: John Wiley & Sons Ltd.
- Sarkowi, 2010, Pengantar Teknik Geofisika, Bandar Lampung : Universitas Lampung.
- Suharno., Amukti., Rian. Hidayatika., Akroma. And Putri, Medi. (2015), Geothermal Prospect of Padang Cermin Pesawaran Lampung Province Indonesia, Proceedings World Geothermal Congress, 19-25 April 2015.
- Supriyadi, 2012, Studi Identifikasi Struktur dan prospek Hidrokarbon Daerah Frontier pada Cekungan Melawi-Ketungau, Kalimantan Barat dengan Metode Gaya Berat, JTM Vol.XVIII No.2/2011.
- Syamsuriadi; dkk, 2012, Penentuan Struktur Bawah Permukaan Kota Makasar dengan Menggunkan Metode GayaBerat (Gravity), Makassar: Jurusan Fisika, Universitas Hasanudin.
- Telford; et al, 1990. Applied Geophysics Second Edition. Cambridge University Press.
- Walidah, 2011, Penyelidikan Gaya Berat untuk Pemetaan struktur Bawah Permukaan, Depok: Universitas Indonesia.
