KOMPETENSI DASAR 4.2: METODE GEOFISIKA:
C. METODE GRAFITASI (GRAVITY)
1. Pengertian Metode Gravity
Beberapa pengertian mengenai metode gravitasi sebagai berikut:
a. Metode gravity adalah salah satu metode eksplorasi dalam geofisika, yang memanfaatkan sifat daya tarik antar benda yang didapat dari densitasnya, jadi prinsip eksplorasi dengan metode gravitasi ini yaitu mencari anomali gravitasi pada subsurface.
b. 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
c. Metode gravity merupakan metode geofisika yang dilakukan untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan berdasarkan perbedaan rapat masa cebakan mineral dari daerah sekeliling (r=gram/cm3).
d. Metode gravity adalah salah satu metode eksplorasi dalam geofisika, yang memenfaatkan sifat daya tarik antar benda yang didapat dari densitasnya, jadi prinsip eksplorasi dengan metode gravity ini yaitu mencari anomali gravity pada subsurface
Metode gravity merupakan metode geofisika yang sensitif terhadap perubahan vertikal, oleh karena itu metode ini digunakan 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. Pengukuran ini dapat dilakukan dipermukaan bumi, di kapal maupun diudara. Dalam metode ini yang dipelajari adalah variasi medan gravitasi akibat variasi rapat massa batuan di bawah permukaan sehingga dalam pelaksanaannya yang diselidiki adalah perbedaan medan gravitasi dari suatu titik observasi terhadap titik observasi lainnya.
Metode gravitasi umumnya digunakan dalam eksplorasi jebakan minyak (oil trap).
Disamping itu metode ini juga banyak dipakai dalam eksplorasi mineral dan lainnya. Prinsip pada metode ini mempunyai kemampuan 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 minyak maupun meneral lainnya.
2. Prinsip Dasar Metode Gravity
Hukum dasar gaya berat dinyatakan oleh Newton pada tahun 1687 (Roger Burger, 1992) yang dikenal sebagai hukum Gravitasi Newton. Hukum ini menyatakan bahwa gaya tarikantara 2 massa adalah sebanding dengan massanya danberbanding terbalik dengan
Geo Pfisika FKIP UNS Page 95 kuadrat jarak antara keduanya.Dalam koordinat Cartesius gaya antara partikel bermassa m terletak pada titik pusat Q = (x’,y’,z’) dan partikel bermassa mo pada titik P = (x,y,z) dinyatakan dengan persamaan :
Dimana:
= gaya pada
= konstanta gaya berat
Dalam prakteknya, metoda gravity mempelajari perbedaan medan gravitasi dari satu titik terhadap titik observasi lainnya, sehingga sumber yang merupakan suatu zona massa di bawah permukaan bumi akan menyebabkan gangguan pada medan gravitasi. Gangguan medan gravitasi ini disebut sebagai anomaly gravity
m(x’,y’,z’)
mo(x,y,z)
Gambar 4.6 Gaya gravitasi antara 2 titik massa Gaya gravitasi dari massa m pada titik P berjarak r adalah :
Jika massa bumi adalah Me, maka g menjadi percepatan gravitasi yang besarnya adalah :
Unit percepatan gravitasi atau kuat medan gravitasi dinyatakan dalam gal.
1 gal = cm.sec-2 dalam unit cgs
Gambar 4.6 Metode gravity
Geo Pfisika FKIP UNS Page 96 Seperti diketahui harga gaya berat terukur merupakan total gaya percepatan yang diderta oleh suatu titik akibat bermacam sumber. Beberapa sumber yang mempengaruhi pengukuran adalah
a. Posisi bumi dalam pergerakan tata surya b. Perbedaan lintang dipermukaan bumi
c. Perbedaan ketinggian permukaan bumi (elevasi) d. Efek topografi
e. Perubahan rapat massa disuatu tempat
Untuk menghindari efek gayaberat dari komponen yang tidak dikehendaki dengan menerapkan koreksi dan reduksi. Reduksi atau koreksi yang digunakan :
a. Anomali udara bebas b. Anomali Bouguer c. Anomali isostatik
Gambar 4.7 Alat ukur metode gravity 3. Tahapan pengukuran Metode Gravity
Pengukuran metoda gaya berat dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu: penentuan titik ikat dan pengukuran titik-titik gaya berat. Sebelum survei dilakukan perlu menentukan terlebih dahulu base station, biasanya dipilih pada lokasi yang cukup stabil, mudah dikenal dan dijangkau. Base station jumlahnya bisa lebih dari satu tergantung dari keadaan lapangan.
Masing-masing base station sebaiknya dijelaskan secara cermat dan terperinci meliputi posisi, nama tempat, skala dan petunjuk arah. Base station yang baru akan diturunkan dari nilai gayaberat yang mengacu dan terikat pada Titik Tinggi Geodesi (TTG) yang terletak di daerah penelitian. TTG tersebut pada dasarnya telah terikat dengan jaringan Gayaberat Internasional atau ”International Gravity Standardization Net”,(IGSN 71).
Gambar 4.8 Pengukuran melalui metode gravity
Geo Pfisika FKIP UNS Page 97 Pengukuran data lapangan meliputi pembacaan gravity meter juga penentuan posisi, waktu dan pembacaan barometer serta suhu. Pengukuran gayaberat pada penelitian ini menggunakan alat gravity meter LaCoste & Romberg type G.525 berketelitian 0,03 mGal/hari atau ± 0,1 mGal/bulan. Penentuan posisi dan waktu menggunakan Global Positioning System (GPS) Garmin, sedangkan pengukuran ketinggian menggunakan Barometer Aneroid Precission dan termometer. Pengukuran pada titik-titik survei dilakukan dengan metode kitaran/looping dengan pola A-B-C-D-A, dengan ‘A’ adalah salah satu cell center (CC) yang merupakan base station setempat. Jarak antar titik pengukuran pada keadaan normal ± 5 km, tergantung dari medan yang akan diukur dengan pertimbangan berdasarkan pada kecenderungan (trend) geologi di daerah survei.
Metode kitaran (looping) diharapkan untuk menghilangkan kesalahan yang disebabkan oleh pergeseran pembacaan gravity meter. Metode ini muncul dikarenakan alat yang digunakan selama melakukan pengukuran akan mengalami guncangan, sehingga menyebabkan bergesernya pembacaan titik nol pada alat tersebut.
4. Alat yang digunakan dalam metode gravity
Alat-alat yang digunakan dalam pengambilan data di darat adalah:
a. Gravimeter La Coste Romberg G-502 b. Piringan
c. GPS
d. Tali sebagai meteran jarak antar stasiun e. Peta Geologi dan peta Topografi
f. Penunjuk Waktu g. Alat tulis
h. Kamera
i. Pelindung Gravitimeter
j. Dan beberapa alat pendukung lainnya
Alat yang digunakan dalam pengambilan data di laut:
a. Kapal laut yang memiliki navigasi dilengkapi dengan peralatan pendukung lainnya b. Altimeter adalah alat untuk mengukur ketinggian suatu titik dari permukaan laut.
Biasanya alat ini digunakan untuk keperluan navigasi dalam penerbangan, pendakian, dan kegiatan yang berhubungan dengan ketinggian. Seperti gambar dibawah ini.
c. Gravimeter La Coste Romberg G-502 d. GPS
5. Langkah-langkah dalam melakukan pengukuran metode gravity
Hal-hal yang dilakukan terlebih dahulu sebelum melakukan pengukuran adalah sebagai berikut :
a. Kalibrasi terhadap data / titik pengukuran yang telah diketahui nilai gravitasi absolutnya, misalnya IGSN’71
b. Melakukan pengikatan pada base camp terhadap titik IGSN’71 terdekat yang telah diketahui nilai ketinggian dan gravitasinya, dengan cara looping.
c. Bila perlu di base camp diamati variasi harian akibat pasang surut dan akibat faktor yang lainnya. Setelah melakukan hal di atas barulah pengamatan yang sebenarnya dilakukan.
Geo Pfisika FKIP UNS Page 98 6. Pengolahan Data Pengukuran Metode Gravity
Pemprosesan data gaya berat yang sering disebut juga dengan reduksi data gayaberat, secara umum dapat dipisahkan menjadi dua macam, yaitu: proses dasar dan proses lanjutan. Proses dasar mencakup seluruh proses berawal dari nilai pembacaan alat di lapangan sampai diperoleh nilai anomali Bouguer di setiap titik amat. Proses dasar meliputi tahap-tahap sebagai berikut:
a. konversi pembacaan gravity meter ke nilai milligal (mGal), b. koreksi apungan (drift correction),
c. koreksi pasang surut (tidal correction), d. koreksi lintang (latitude correction), e. koreksi udara bebas (free-air correction),
f. koreksi Bouguer (sampai pada tahap ini diperoleh nilai anomali Bouguer Sederhana (ABS) pada topografi.),
g. koreksi medan (terrain correction).
Pemprosesan data tersebut menggunakan komputer dengan software MS. Excel. Proses lanjutan merupakan proses untuk mempertajam kenampakan/gejala geologi pada daerah penyelidikan yaitu pemodelan dengan menggunakan software Surfer 8 dan GRAV2DC.
Beberapa konversi yang dilakukan dalam pemprosesan data metoda gayaberat, dapat dinyatakan sebagai berikut :
a. Konversi Pembacaan Gravity Meter
Pemprosesan data gayaberat dilakukan terhadap nilai pembacaan gravity meter untuk mendapatkan nilai anomali Bouguer. Untuk memperoleh nilai anomali Bouguer dari setiap titik amat, maka dilakukan konversi pembacaan gravity meter menjadi nilai gayaberat dalam satuan milligal. Untuk melakukan konversi memerlukan tabel konversi dari gravity meter tersebut. Setiap gravity meter dilengkapi dengan tabel konversi.
Cara melakukan konversi adalah sebagai berikut:
1) Misal hasil pembacaan gravity meter 1714,360. Nilai ini diambil nilai bulat sampai ratusan yaitu 1700. Dalam tabel konversi (Tabel 3.1) nilai 1700 sama dengan 1730,844 mGal.
2) 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.
3) 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.
Tabel 4.2. Contoh tabel konversi gravity meter type G.525.
Pembacaan Counter Nilai (mGal) Interval Faktor
1600 1629.070 1.01774
1700 1730.844 1.01772
1800 1832.616 1.01770
Geo Pfisika FKIP UNS Page 99 b. Konversi Posisi dan Ketinggian
Penentuan posisi menggunakan GPS, sedangkan pengukuran ketinggian menggunakan barometer aneroid dan termometer. Pengukuran ketinggian dilakukan secara diferensial yaitu dengan menggunakan dua buah barometer dan termometer. Pengukuran tersebut dilakukan dengan menempatkan satu alat di base station sedangkan alat yang lain dibawa untuk melakukan pengukuran pada setiap titik amat.
Adapun pemprosesan data posisi dan ketinggian sebagai berikut.
1) Pemrosesan Data GPS
Setiap kali pembacaan posisi titik amat langsung dapat diketahui dari bacaan tersebut, yaitu berupa bujur (longitude) dan lintang (latitude). Posisi yang ditunjukan GPS dalam satuan derajat, menit dan detik. Maka perlu melakukan konversi posisi dari satuan waktu ke dalam satuan derajat. Posisi ini selanjutnya digunakan untuk menghitung koreksi lintang atau perhitungan normal
2) Pemprosesan Data Barometer
Barometer merupakan alat ukur tekanan udara yang secara tidak langsung digunakan untuk mengukur beda tinggi suatu tempat di permukaan bumi. Prinsip pengukuran ketinggian barometer didasarkan pada suatu hubungan antara tekanan udara disuatu tempat dengan ketinggian tempat lainnya, yaitu dengan adanya tekanan udara suatu tempat dipermukaan bumi sebanding dengan berat kolom udara vertikal yang berada diatasnya (hingga batas atas atmosfer). Ketelitiaan pengukuran tinggi barometer sangat tergantung pada kondisi cuaca, sebab keadaan tersebut akan mempengaruhi tekanan udara di suatu tempat.
Perbedaan temperatur udara dan kecepatan angin disuatu tempat akan menyebabkan tekanan udara naik turun (berfluktuasi), sehingga akan menimbulkan kesalahan dalam beda tinggi antara dua tempat yang berbeda. Maka perlu dilakukan pengukuran temperatur udara untuk menentukan koreksi temperatur yang harus diperhitungkan dalam penentuan beda tinggi, sehingga akan memperkecil kesalahan (Subagio, 2002). Pengukuran ketinggiaan dengan menggunakan barometer selain tergantung pada tekanan udara, dipengaruhi juga oleh beberapa parameter seperti temperatur udara, kelembaban udara, posisi lintang titik amat, serta ketinggian titik ukur.
Dalam pemprosesan data metoda gaya berat terdapat beberapa tahapan dengan koreksi-koreksi diantaranya adalah :
1) Koreksi Apungan (Drift Correction)
Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan pengaruh perubahan kondisi alat (gravity meter) terhadap nilai pembacaan. Koreksi apungan muncul karena gravity meter selama digunakan untuk melakukan pengukuran akan mengalami goncangan, sehingga akan menyebabkan bergesernya pembacaan titik nol pada alat tersebut. Koreksi ini dilakukan dengan cara melakukan pengukuran dengan metode looping, yaitu dengan pembacaan ulang pada titik ikat (base station) dalam satu kali looping, sehingga nilai penyimpangannya diketahui.
2) Koreksi Pasang Surut (Tidal Correction)
Koreksi ini adalah untuk menghilangkan gaya tarik yang dialami bumi akibat bulan dan matahari, sehingga di permukaan bumi akan mengalami gaya tarik naik turun. Hal ini akan menyebabkan perubahan nilai medan gravitasi di permukaan bumi secara periodik. Koreksi pasang surut juga tergantung dari kedudukan bulan dan matahari terhadap bumi. Koreksi tersebut dihitung berdasarkan perumusan Longman (1965) yang telah dibuat dalam sebuah paket program komputer. Koreksi ini selalu ditambahkan terhadap nilai pengukuran, dari
Geo Pfisika FKIP UNS Page 100 koreksi akan diperoleh nilai medan gravitasi di permukaan topografi yang terkoreksi drift dan pasang surut.
3) Koreksi Lintang (Latitude Correction)
Koreksi lintang digunakan untuk mengkoreksi gayaberat di setiap lintang geografis karena gayaberat tersebut berbeda, yang disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal dan bentuk ellipsoide. Dari koreksi ini akan diperoleh anomali medan gayaberat. Medan anomali tersebut merupakan selisih antara medan gayaberat observasi dengan medan gayaberat teoritis (gayaberat normal).
Menurut (Sunardy, A.C., 2005) gayaberat normal adalah harga gayaberat teoritis yang mengacu pada permukaan laut rata-rata sebagai titik awal ketinggian dan merupakan fungsi dari lintang geografi. Medan gayaberat teoritis diperoleh berdasarkan rumusan-rumusan secara teoritis, maka untuk koreksi ini menggunakan rumusan medan gaya berat teoritis pada speroid referensi (z = 0) yang ditetapkan oleh The International of Geodesy (IAG) yang diberi nama Geodetic Reference System 1967 (GRS 67) sebagai fungsi lintang (Burger, 1992).
4) Koreksi Ketinggian
Koreksi ini digunakan untuk menghilang perbedaan gravitasi yang dipengaruhi oleh perbedaan ketinggian dari setiap titik amat. Koreksi ketinggian terdiri dari dua macam yaitu:
a) Koreksi Udara Bebas (free-air correction) b) Koreksi Bouguer
c) Koreksi Udara Bebas (free-air correction)
7. Koreksi Udara Bebas
Koreksi udara bebas merupakan koreksi akibat perbedaan ketinggian sebesar h dengan mengabaikan adanya massa yang terletak di antara titik amat dengan sferoid referensi.
Koreksi ini dilakukan untuk mendapatkan anomali medan gayaberat di topografi. Untuk mendapat anomali medan gayaberat di topografi maka medan gayaberat teoritis dan medan gayaberat observasi harus sama-sama berada di topografi, sehingga koreksi ini perlu dilakukan. Koreksi udara bebas dinyatakan secara metematis dengan rumus :
FAC =0.3085h mGal
dimana h adalah beda ketinggian antara titik amat gayaberat dari sferoid referensi (dalam meter).
Setelah dilakukan koreksi tersebut maka akan didapatkan anomali udara bebas di topografi yang dapat dinyatakan dengan rumus :
FAA = gobs - g(f) + FAC mGal dimana :
FAA : anomali medan gayaberat udara bebas di topografi (mGal) Gobs : medan gayaberat observasi di topografi (mGal)
G(f) : medan gayaberat teoritis pada posisi titik amat (mGal) FAC : koreksi udara bebas (mGal)
8. Koreksi Bouguer (Bouguer Correction)
Koreksi Bouguer adalah harga gaya berat akibat massa di antara referensi antara bidang referensi muka air laut samapi titik pengukuran sehingga nilai gobservasi bertambah.
Setelah dilakukan koreksi-koreksi terhadap data percepatan gravitasi hasil pengukuran
Geo Pfisika FKIP UNS Page 101 (koreksi latitude, elevasi, dan topografi) maka diperoleh anomali percepatan gravitasi (anomali gravitasi Bouguer lengkap) yaitu :
gBL = gobs ± g(ϕ) + gFA–gB + gT dimana :
gobs = medan gravitasi observasi yang sudah dikoreksi pasang surut = koreksi latitude
= koreksi udara bebas (Free Air Effect) = koreksi Bouguer
koreksi topografi (medan)
Dengan memasukan harga-harga numerik yang sudah diketahui : gBL = gobs ± g(ϕ) + 0.094h– (0.01277h – T) σ
Catatan : Anomali Bouguer
Nilai anomali Bouguer lengkap dapat diperoleh dari nilai anomali Bouguer sederhana yang telah terkoreksi medan, Merupakan anomali yang dicari dengan cara mereduksi hasil pengukuran lapangan dengan koreksi-koreksi seperti yang telah diuraikan di atas.
Dg = {Dgobs ± DgF + (3,086 – 0,4191r) h + Tr} gu 9. Koreksi Medan (Terrain Corection)
Koreksi medan digunakan untuk menghilangkan pengaruh efek massa disekitar titik observasi. Adanya bukit dan lembah disekitar titik amat akan mengurangi besarnya medan gayaberat yang sebenarnya. Karena efek tersebut sifatnya mengurangi medan gayaberat yang sebenarnya di titik amat maka koreksi medan harus ditambahkan terhadap nilai medan gaya berat.
Geo Pfisika FKIP UNS Page 102