INTERPRETASI KUALITATIF MEDAN GRAVITASI BERDASARKAN HASIL PERHITUNGAN ANOMALI RESIDU
MENGGUNAKAN METODE POLYNOMIAL FITTING DI KARANGSAMBUNG – JAWA TENGAH
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si.) pada Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
Oleh : IIZ FAIZAH NIM: 106097003257
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
INTERPRETASI KUALITATIF MEDAN GRAVITASI BERDASARKAN HASIL PERHITUNGAN ANOMALI RESIDU
MENGGUNAKAN METODE POLYNOMIAL FITTING DI KARANGSAMBUNG – JAWA TENGAH
Skripsi
Diajukan kepada Fakultas Sains dan Teknologi untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh
Gelar Sarjana Sains (S.Si.)
Oleh IIZ FAIZAH NIM: 106097003257
Pembimbing I, PembimbingII,
Tati Zera,M.Si. Arif Tjahjono, M.Si
NIP : 19690608 200501 2 002 NIP : 19751107 200701 1 015
Mengetahui, Ketua Prodi Fisika
Drs. Sutrisno M.Si
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi berjudul INTERPRETASI KUALITATIF MEDAN GRAVITASI
BERDASARKAN HASIL PERHITUNGAN ANOMALI RESIDU
MENGGUNAKAN METODE POLYNOMIAL FITTING DI
KARANGSAMBUNG – JAWA TENGAH telah diujikan dalam sidang munaqasyah Fakultas Sains dan Teknologi UINSyarif Hidayatullah Jakarta pada tanggal 30 Juni 2010. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains ( S.Si ) pada Program StudiFisika.
Jakarta, 30 Juni 2010 Sidang Munaqasyah
Penguji I, Penguji II,
Ambran Hartono, M.Si Drs. Sutrisno, M.Si
NIP : 19710408 200212 1 002 NIP : 19590202 198203 1 005
Mengetahui,
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Ketua Program Studi Fisika,
DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis Drs. Sutrisno, M.Si
LEMBAR PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa :
1. Skripsi ini merupakan hasil karya asli saya yang diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar Strata 1 di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 3. Jika dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya asli saya
atau merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia menerima sanksi yang berlaku di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
Jakarta, Juni 2010
i ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang interpretasi kualitatif medan gravitasi yang bertujuan untuk menghitung nilai anomali residu dengan metode Pollynomial Fititng di daerah Karangsambung. Dengan menggunakan data yang diambil dari 97 titik pengamatan di sekitar wilayah Karangsambung yang terletak antara 7.256º LS – 7.546º LS dan 109.662º BT - 109.676º BT, diperoleh hasil nilai tertinggi Anomali bouger = 99.17 mgal dan nilai terendahnya = 89.21 mgal, kemudian bila Anomali Residu (sisa) dihitung dengan cara mengurangi nilai Z - Z hitung di setiap titik pengamatan, hasilnya diperoleh nilai tertinggi = 3.195 mgal dan nilai terendah = -3.475 mgal. Nilai anomali residu yang diperoleh dibuat peta kontur anomali residu untuk selanjutnya diinterpretasikan secara kualitatif yang diperjelas dengan interval warna.
ii ABSTRACT
Research have been done about qualitative interpretation of gravity field that the aim is counting the value of residual anomaly by polynomial fitting method at Karangsambung area. With use the result which is taken from inspection of 97 points in around Karangsambung which is to lie locked up in 7.256 °S – 7.546°S and 109.662°E – 109.676°E, taken from high result bouger anomaly = 99.17 mgal and lowest result = 89.21 mgal, and then if residual anomaly counted with subcract Z – Z hitung in every inspection of points and the high result = 3.195 mgal and lowest result = - 3.475 mgal. The obtained value of residual anomaly created for qualitative interpreting that obvious with the interval of colour.
!
"
# $$ %&
'( ) *"
# &+
"
'
,
' - ! . ! /
0 ! ( ' $ ! . ' ! 1
! - ! 2 3 #
2 ! ! ' $ ' ! '
-4
iii KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmaanirrahiim….
Alhamdulillah, Puji dan Syukur yang tidak terhingga, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat Rahmat dan Hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Dalam penyusunan, penulis tidak luput dari hambatan dan kesulitan. Namun, berkat bantuan, motivasi dan dukungan dari semua pihak yang terkait dengan penulis, alhamdulillah, skripsi ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibunda tersayang dan Ayahanda tercinta yang selalu mencurahkan kasih dan sayang, untaian do’a, dukungan moril dan materil, semangat dan rasa cintanya yang tak terhingga dan begitu mendalam yang selalu dicurahkan sepanjang masa. Ibu,Kakak-kakak dan adik-adik ku yang selalu kusayangi (Mama&Papa Fia,Umi&Abi Tazkia, Ibu&Abah Talita, Ntat & K Tb, Ema, Miftah) dan keponakan tercinta Ratu Sofia Nursarifah, Ratu Syakira Nursakinah, Ratu Tazkia Nuradiba dan Thalita Ro’fatul Azizah yang selalu ceria menemaniku dengan segenap keceriaan canda dan tawa.
2. Ibu Tati Zera , M.Si selaku Pembimbing I yang telah menyempatkan dan meluangkan waktunya untuk selalu menularkan ilmunya serta memberikan dorongan dan bimbingan pada penulis.
iv 4. Bapak DR.Syopiansyah Jaya Putra , M.Si, selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah 5. Bapak Drs. Sutrisno, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika 6. Seluruh staf pengajar Prodi Fisika
7. Ibu Nunung Isnaini makasih atas bantuan dalam pembuatan kontur nya 8. Ka Novi makasih buat ilmu yang telah diberikan.
9. Teman-teman seperjuangan Fisika “06 UIN Jakarta (Geophysics-Team :
Iif, Cindi,Ida, Bahtiar, Agung, Chiko dan Kia ), (Instrument Physics-Team : Iik, Putri, Shila, Dewi, Agus, Iwe, Dono, Karima), (Material Physics-Team : Devi, Rinan, Rusman, Ana, Absory) . Makasih ya wat kebersamaanya selama ini…Mizz U……
10.Rere ” kakek” makasih buat canda,tawa serta motivasinya..
11.Seseorang yang selalu menjadi motivasi dalam hidup ini “Ayyash al Farhat “..maksih buat semuana…
Bagaimanapun penulis menyadari bahwa dalam karya tulis ini masih banyak terdapat kekurangan-kekurangan. Akhirnya, hanya kepada Allah SWT penulis memohon semoga bagi mereka dilimpahkan pahala yang berlipat ganda atas segala batuan dan di catat sebagai pahala di sisi-Nya.
Jakarta, Juni 2010
vi
2.4 Penentuan Rapat Massa Batuan ... 17
2.4.1 Metoda Sampel ... 18
2.4.2 Metoda Nettleton Profile. ... 18
2.4.3 Metoda Garis Lurus Parasnis ... 20
2.4.4 Metoda Pengukuran Gravitasi Bawah Permukaan ... 20
2.5 Reduksi dan Anomali Gravitasi ... 21
2.5.1 Koreksi Apungan (Drift Correction) ... 23
2.5.2 Koreksi Pasang Surut Bumi (Tidal Correction)... 24
2.5.3 Koreksi Koreksi Lintang (Latitude Correction) ... 25
2.5.4 Koreksi Udara-bebas (Free-air Correction) ... 26
2.5.5 KoreksiBouguer (Bouger Correction) ... 27
2.5.6 Koreksi Medan (Terrain Correction) ... 28
2.6 Anomali Bouguer ... 30
2.7 Pemisahan Anomali Regional dan Anomali Residual (Lokal) .. 31
2.7.1 Metode Grafik ... 33
2.7.2 Metode Perataan Lokal ... 34
2.7.3 Metode Pollynomial Fitting ... 34
BAB III METODE PENELITIAN ... 37
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 37
3.2 Alat dan Software Komputer ... 38
3.3. Tahapan Pengolahan Data ... 39
3.4 Metode Penelitian... 41
vii
3.6 Tinjauan Umum Daerah Penelitian ... 45
3.6.1 Lokasi Daerah Penelitian ... 45
3.6.2 Geologi Umum Daerah Penelitian ... 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 53
BAB V PENUTUP ... 63
5.1 Kesimpulan ... 63
5.2 Saran ... 63
viii DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gaya Gravitasi ... 6
Gambar 2.2 Bentuk Ellipsoid Bumi ... 12
Gambar 2.3 Titik Amat P dengan Ketinggian h terhadap Geoid ... 27
Gambar 2.4 Lempeng Bouger dengan ketebalan h ... 28
Gambar 2.5 Topografi Disekitar titik Amat P mengakibatkan Pengurangan Medan yang harus dikoreksi ... 30
Gambar 3.1 Titik-titik Pengukuran ... 38
Gambar 3.2 Alur Pengolahan Data Gravitasi... 40
Gambar 3.3 Peta geologi daerah Karangsambung ... 47
Gambar 4.1 Peta Kontur Topografi dan Posisi titik-titik Pengambilan Data... 55
Gambar 4.2 Kontur Anomali Bouger Dengan Interval 0.3 mgal ... 57
Gambar 4.3 Kontur Anomali Regional Dengan Interval 0.3 mgal ... 59
ix DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Gravitasi Daerah Karangsambung ... 68
Lampiran 2 Peta Geografis Karangsambung ... 71
Lampiran 3 Peta Geologi Daerah Karangsambung ... 72
Lampiran 4 Peta Anomali Bouger Daerah Karangsambung ... 74
Lampiran 5 Menjalankan Software Surfer 8.0 ... 75
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi, saat ini sangat banyak metode geofisika terapan yang digunakan untuk mengamati berbagai fenomena yang ada di bawah permukaan bumi, salah satu dari metode tersebut adalah metode
gravitasi. Metode ini memiliki keunggulan yaitu mampu mengidentifikasi adanya jebakan mineral di dalam perut bumi melalui perbedaan rapat massa suatu bahan
terhadap lingkungan sekitarnya.
Dalam aplikasinya metode ini banyak digunakan dalam kegiatan eksplorasi minyak bumi terutama untuk menemukan batuan dasar / bed rock yang
merupakan tempat terjadinya jebakan minyak bumi / oiltrap, disamping ini metode ini termasuk metode yang cepat dan murah dalam operasi pengambilan
data di lapangan sehingga sangat baik digunakan sebagai metode untuk survey awal.
Metode gravitasi merupakan metode geofisika yang didasarkan pada
pengukuran variasi medan gravitasi bumi akibat sebaran massa di kerak bumi. Metode ini merupakan metode yang sangat baik untuk pemetaan struktur bawah
permukaan berdasarkan pada perbedaan massa jenis ( ) batuan penyusunnya. Hal inilah yang akan menyebabkan anomali gravitasi ( g) di permukaan.
Besaran yang diukur dalam metode ini adalah percepatan gravitasi,
2 permukaan dan percepatan gravitasi ini berbanding lurus dengan densitasnya.
Distribusi densitas akan memberikan informasi tentang kontras densitas, yang selanjutnya dapat digunakan untuk menginterpretasikan kondisi di bawah
permukaan suatu area.
Diantara sifat fisis batuan yang mampu membedakan antara satu macam batuan dengan batuan yang lainnya adalah massa jenis batuannya. Distribusi
massa jenis yang tidak homogen pada batuan penyusun kulit bumi ini akan memberikan variasi harga medan gravitasi di permukaan bumi.
Penyebaran lateral dan vertikal dari rapat massa bumi dapat ditentukan dari data gravitasi melalui suatu sebaran yang disebut Anomali Bouguer. Anomali tersebut merupakan gambaran kumpulan massa batuan yang dapat diduga sebagai
bentuk struktur atau geometri bawah permukaan, sehingga dapat menggambarkan cekungan di suatu area. Sedangkan untuk mengetahui penyebaran rapat massa
dalam skala lokal diperlukan data anomali residunya (sisa).
Karangsambung merupakan Kawasan Cagar Alam Geologi dimana pada daerah tersebut banyak tersingkap berbagai macam batuan. Oleh karenanya sangat
menarik untuk dilakukan penelitian tentang interpretasi anomali residu di daerah Karangsambung,Kebumen.
1.2 Rumusan Masalah
Salah satu metode gravitasi yang dapat dipergunakan untuk interpretasi
3 tanggal 20 sampai 22 Juni 2008 di daerah Karangsambung bagian Selatan dengan
97 titik pengamatn. Daerah yang diamati berada pada koordinat 7.256º LS – 7.546º LS dan 109.662º BT - 109.676º BT.
Hasil anomali bouger ini merupakan superposisi dari dua penyebab utama anomali yaitu anomali regional dan anomali residu (sisa), sehingga perlu adanya pemisahan anomali.
Banyak metode yang dapat digunakan untuk menghitung anomali sisa tersebut, tetapi dalam penulisan ini perhitungan anomali sisa dilakukan dengan
cara (metode) analitik. Setelah didapatkan nilai anomali residu, yang dapat menunjukan ada tidaknya jebakan massa, maka dibuat konturnya. Dari kontur inilah interpretasi suatu daerah dapat dilakukan.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Mengetahui nilai anomali residu dengan menggunakan Metode Polynomial Fitting
2. Menginterpretasikan secara kualitatif area tersebut untuk mengetahui adanya suatu konsenterasi massa yang dilakukan dengan pemetaan kontur
4 1.4 Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi tentang struktur batuan daerah penelitian kepada pihak perusahaan yang bergerak dibidang eksplorasi dan pertambangan,
dan kepada pemerintah sesuai dengan penafsiran yang diperoleh dari penelitian.
2. Jika terdapat kandungan mineral dan hidrologi yang cukup banyak maka
dapat dijadikan sebagai acuan bagi penelitian berikutnya serta bagi pengembangan eksplorasi.
1.5Batasan Masalah
Dalam Penelitian ini, penulis membatasi masalah pada:
1. Data yang digunakan diambil pada tanggal 20 Juni sampai 22 Juni 2008 untuk 97 titik pengamatan, yang terletak di daerah Karangsambung pada
koordinat 7.256º LS – 7.546º LS dan 109.662º BT - 109.676º BT).
2. Perhitungan nilai harga densitas rata-rata dilakukan dengan menggunakan metode Nettleton.
3. Interpretasi yang dilakukan hanya interpretasi kualitatif
1.6 Sistematika Penulisan
5 1. BAB I. PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, sistematika penulisan.
2. BAB II. LANDASAN TEORI
Pada bab ini berisi tentang teori dan prinsip gaya berat, teori pengolahan data gravitasi, dan tinjauan geologi daerah penelitian.
3. BAB III. METODE PENELITIAN
Pada bab ini berisi tentang tahap pengambilan data, alat dan software,
tahap pengambilan data, tahap pengolahan data, dan tahap interpretasi data.
4. BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini berisi tentang pengolahan data dan interpretasinya sehingga didapatkan hasil penelitian yang telah dilakukan.
5. BAB V. KESIMPULAN
6 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Teori Medan Gravitasi
Teori dasar dalam penelitian gravitasi didasarkan pada hukum Newton tentang gravitasi yang dipublikasikan oleh Newton pada tahun 1687 dengan judul “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”, menyatakan besar gaya
gravitasi antar dua massa sebanding dengan perkalian massa keduanya dan
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar kedua pusat massa. Pada gambar
2.1 gaya yang ditimbulkan antara partikel dengan massa m yang berpusat pada titik Q (x’, y’, z’) dan partikel mo pada titik P(x, y, z) persamaan matematisnya sebagai berikut:
(Gambar 2.1 Gaya Gravitasi)
7
pengaruh resultan semua gaya yang bekerja pada titik itu. Harga gaya berat
rata-rata pada permukaan bumi dalam satuan SI adalah 9.8 m/s 2
. Satuan yang lebih
kecil dinyatakan dalam mikrometer/s2 atau g u ( gravity unit ). Di dalam satuan
CGS gayaberat dinyatakan dengan cm/s2 atau dipakai juga satuan dyne, millidyne.
Semenjak 1986 oleh Von Oetingen ( Jerman ) diperkenalkan satuan gal sebagai
pengganti satuan cm/s 2
untuk menghormati nama Galileo yang telah banyak berjasa. Untuk harga yang biasanya dijumpai dalam pengukuran gaya berat digunakan satuan miligal ( 1 mgal ), setara dengan 10 gravity unit.
1 mgal = 10-3 gal = 10-3 cm/s2
Besaran yang diukur dalam metode gaya berat adalah percepatan gaya berat yang dialami suatu massa benda akibat tarikan massa bumi M yang
merupakan gaya per satuan massa yang dinyatakan sebagai berikut :
g =
= - G
……….. (2.2)8 Untuk suatu besaran fisis yang hanya bergantung pada posisinya ( jarak ) terhadap suatu pusat referensi tertentu seperti intensitas medan gaya berat bumi,
medan magnet atau medan listrik sering diformulasikan dalam konsep atau teori potensial. Potensial pada suatu titik dalam medan gaya berat didefinisikan sebagai
energi yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan massa benda dari suatu titik asal sembarang ( biasanya diambil di titik tak hingga ) kesuatu titik tertentu yang dimaksud. Sedangkan kerja yang dilakukan tidak tergantung pada
lintasannya, melainkan hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhirnya saja sehingga medan gravitasi adalah suatu medan konservatif yang dapat
dinyatakan sebagai gradient skalar :
g( ) =
( )
………
(2.3)U
( )
=
.
= −
………... (2.4)U
( )
=
……….
(2.5)Pernyataan besarnya potensial sebagai fungsi dari jarak untuk suatu distribusi massa sebarang dengan rapat massa konstan, dapat dituliskan dalam
9 Percepatan gravitasi komponen vertikal (z) merupakan besaran yang terukur oleh alat ukur gravitasi (gravimeter) didapatkan dengan mendeferensiasikan
persamaan (2.6),(2.7) dan (2.8) masing-masing terhadap z sehingga menghasilkan:
Persamaan ( 2.9 ) ,( 2.10 ) dan ( 2.11 ) tersebut merupakan persamaan yang
10 • Perhitungan efek dari percepatan gravitasi pada suatu titik akibat suatu distribusi massa tertentu terutama untuk pemodelan benda anomali pada
masalah interpretasi.
• Perumusan untuk mengetahui kecenderungan /gradien gravitasi baik arah
vertikal maupun horizontal.
• Penentuan proyeksi medan potensial gravitasi ke suatu permukaan / bidang yang diinginkan ( kontinuasi ).
• Dan permasalahan lain yang berhubungan dengan persamaan medan potensial gravitasi dengan mengembalikannya ke bentuk persamaan
medan potensial paling umum .
2.2 Formula Gaya Gravitasi
Geopotensial total merupakan penjumlahan atau gabungan antara potensial akibat massa bumi ( potensial gaya berat ) dan potensial akibat adanya perputaran
bumi pada sumbunya ( potensial rotasi ). Untuk kondisi ideal dimana tidak ada variasi lateral rapat massa maka terdapat suatu permukaan ekipotensial yang merupakan hasil kesetimbangan antara kedua potensial tersebut diatas, permukaan
ini disebut speroid.
Pada kenyataannya bumi tidaklah ideal, bentuk bumi sebenarnya tidaklah
11 1. Posisi lintang, dimana perubahan gravitasi dari ekuator ke kutub adalah
sekitar 5 gal atau 5% dari harga rata-rata g (sekitar 980 gal).
2. Ketinggian, bisa mencapai 0.1 gal atau 0.01% dari harga g.
3. Variasi densitas, yang berhubungan dengan eksplorasi gravitasi antara lain:
• Eksplorasi minyak sekitar 10 gal atau 0.001%. • Eksplorasi mineral sekitar 1 gal.
4. Pasang surut bumi
5. Topografi
Dua yang terakhir besarnya lebih kecil dari efek yang disebabkan oleh variasi
densitas. Sehubungan dengan keadaan tersebut maka dibutuhkan suatu datum referensi untuk keseragaman dalam pengukuran densitas di permukaan bumi.
Bumi berbentuk elipsoid. Dari hasil pengukuran dengan metode geodesi
dan dari pengamatan satelit, diketahui bentuk bumi adalah mendekati sferoid yang cembung di ekuator dan datar (pipih) di kedua kutubnya. Sferoid adalah bentuk
oblate ellipsoid yang merupakan permukaan laut rata-rata dengan menghilangkan daratan di atasnya.. Pemipihan bumi tersebut adalah sekitar 1/298.25 yaitu diperoleh dari {(Re-Rk)/Re} yang biasa disebut dengan parameter pepatan.
Bentuk ini tidak lain disebabkan oleh perputaran bumi pada porosnya ( rotasi ), sehingga bentuk bumi menjadi tidak bulat benar, melainkan memipih dikedua
12 (Gambar 2.2 Bentuk Ellipsoid Bumi )
Pemipihan bumi biasanya dalam bentuk parameter bumi ( pemepatan ),
dan dapat dituliskan dalam notasi matematika sebagai berikut :
f = ……… (2.12)
Dengan :
R
e = jari-jari ekuator R
k = jari-jari kutub
Karena bentuk bumi tersebut, menyebabkan percepatan gravitasi bumi
memiliki nilai maksimum di kutub dan minimum di equator. Perbedaan aktual antara percepatan di kutub dan di equator adalah sebesar ± 5.3 gal atau 5300 mgal.
Karena geoid dipengaruhi oleh tarikan massa maka di daratan geoid akan
tertarik ke atas dan berada lebih tinggi daripada sferoid, sebaliknya di lautan akan tertarik ke bawah sehingga lebih rendah. Deviasi antara kedua permukaan tersebut
13 densitas, pasangsurut dan topografi ). Maka setiap pembacaan gravitasi observasi haruslah dikoreksi untuk mereduksi pembacaan tersebut, supaya sesuai dengan
harga pada datum referensi permukaan ekuipotensial yaitu geoid atau setiap permukaan yang sejajar dengannya.
Permukaan bumi dapat didefinisikan dalam bentuk matematis yang dinyatakan dalam harga-harga gaya berat di semua titik pada permukaan bumi. Bentuk ini dikenal sebagai speroid referensi yang berhubungan dengan tinggi
muka laut rata-rata.
Percepatan gravitasi yang didapat adalah nilai pada permukaan laut yang
telah di smooth pada bentuk bumi spheroid yang memberikan penetapan terbaik berbentuk aktualnya dan memiliki rapat massa seragam ke arah lateral. Harga gaya berat normal atau teoritis pada permukaan laut rata-rata sebagai fungsi dari
lintang geografi tempat pengamatan yang dilakukan, dapat ditentukan dengan rumus :
g = g E (1 + sin 2 - sin 2 2 ) mgal ……… (2.13) Dengan :
g
E = harga gaya berat di ekuator = lintang tempat pengamatan
dan = konstanta yang berhubungan dengan parameter bumi
Persamaan tersebut dikenal sebagai formula gaya berat Internasional (International Gravity Formula ) yang ditetapkan oleh International Union of
14 (Hayford, 1910 ) dan radius ekuator = 6378388 meter serta harga gaya berat di ekuator g
E = 978.049 gal ( hasil international assosiation tahun 1924 ). Dari data tersebut, harga gaya berat teoritis pada lintang tempat pengamatan dapat
dinyatakan sebagai berikut :
g = 978.0491 (1 + 0.0052884 sin2 – 0.0000059 sin2 2 )gal ………… (2.14) Perkembangan satelit telah menghasilkan data parameter-parameter bumi
yang lebih teliti. Pada International Association of Geodesy tahun 1967 dihasilkan rumusan gaya berat sebagai berikut :
g = 978.031846 (1 + 0.005278895 sin2 – 0.0000023462 sin2 2 )gal …. (2.15) Perbaikan-perbaikan parameter bumi terus dilakukan sehingga rumusan gaya berat teoritis dapat terus berubah. Dari tahun ketahun sejak Helmert ( 1901 ),
Bowie ( 1917 ), Heiskanen ( 1938 ), Heiskanen dan Outila ( 1957 ), IUGG (1980 ) dan seterusnya sampai sekarang mengalami perbaikan data parameter bumi. Tahun 1980 International Union of Geodesy and Geophysics ( IUGG )
menentukan sistem referensi geodesi dengan parameter pepatan bumi = 1/298.247 dan jari-jari ekuator = 6378135 meter. Rumusan gaya berat teoritis hasilnya yaitu:
g = 978.0318 (1 + 0.0053024 sin2 – 0.0000059 sin2 2 )gal ………… (2.16)
2.3 Efek Gaya Gravitasi Dari Benda Terkubur
Benda terkubur dengan bentuk tertentu bila rapat massanya (
B ) = rapat massa lingkungannya (
L ) sukar diinterpretasi, tetapi bila ( B ) berbeda dengan (
15
Perhitungan efek gaya berat dari model-model benda berbentuk sederhana dapat digunakan sebagai pendekatan dalam koreksi dan interpretasi gaya berat.
Dibawah ini akan diuraikan beberapa efek gaya berat diantara model benda sederhana yang penting :
2.3.1 Bola
Komponen vertikal gaya berat suatu bola dapat dianggap bahwa seluruh
massa bola terkumpul pada titik pusatnya. Suatu bola bermassa M dengan rapat massa yang jari-jari nya R, akan memberikan percepatan gravitasi :
16 = dalam gram/cm3
R, x, z = dalam ribuan feet
2.3.2 Silinder Horizontal
Efek gaya berat silinder horizontal dengan penampang berupa lingkaran homogen tak hingga dapat diperlakukan sebagai model benda dua dimensi,
dianggap seluruh massa silinder terkumpul pada sumbu utamanya.
gz = 2
3 ... (2.19)
Dimana M adalah massa persatuan panjang sumbu utama, sehingga : m = R2
gz = 2 R2 ()2+ 2)... (2.20)
2.3.3 Silinder Vertikal
Secara umum efek gaya berat terhadap benda silinder vertikal yang
17 2.3.4 Prisma Siku-siku
Untuk suatu prisma siku-siku horizontal sampai tak hingga sehingga penampangnya berbentuk persegi panjang, efek gaya beratnya dinyatakan oleh :
gz = 2 G {x ln + 1 4
2 3 + b.ln 2
1 + D ( 2 + 4) – d ( 1 – 3}………… (2.23)
Model prisma siku-siku dapat dikembangkan untuk mewakili model-model lain dengan menggunakan variasi atau susunan beberapa prisma, antara lain
step model untuk interpretasi sesar.
2.4 Penentuan Rapat Massa Batuan
Dalam eksplorasi geofisika dengan metode gaya berat dimana besaran yang menjadi sasaran utama adalah rapat massa atau kontras rapat massa maka
perlu diketahui distribusi harga rapat massa batuan, baik untuk pengolahan data maupun interpretasi.
Rapat massa batuan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah
rapat massa butir atau matriks pembentuknya, porositas, dan kandungan fluida yang terdapat dalam pori-porinya. Namun demikian terdapat banyak faktor lain
yang ikut mempengaruhi rapat massa batuan diantaranya adalah proses pembentukan, pemadatan ( kompaksi ), akibat tekanan dan kedalaman serta derajat pelapukan yang telah dialami batuan tersebut. Dengan demikian harga
rapat massa batuan tidak dapat ditentukan secara tunggal atau unik hanya berdasarkan jenis batuannya saja, melainkan meliputi suatu distribusi harga
18 sekitarnya maka harga-harga rapat massa batuan dapat ditentukan secara lebih spesifik.
Untuk keperluan pengolahan / reduksi data gravitasi terlebih dahulu perlu ditentukan harga rapat massa batuan rata-rata yang mewakili daerah penelitian.
Rapat massa batuan rata-rata dapat ditentukan dengan metoda antara lain :
2.4.1 Metode Sampel.
Metoda sampel ( cuplikan ) didasarkan atas hasil pengukuran di Laboratorium dari beberapa sampel batuan permukaan. Cara ini mungkin akan
memberikan hasil yang bervariasi bergantung pada distribusi dan banyaknya pengambilan sampel tersebut dan juga kondisi geologi/ litologi setempat mengingat faktor-faktor seperti dijelaskan diatas.
2.4.2 Metode Nettleton Profile.
Anomali Bouguer pada titik-titik pengamatan dalam suatu lintasan tertentu dihitung dengan menggunakan harga rapat massa batuan yang berbeda misalnya 1.9;2.0;2.1;2.2;2.3;2.4...gram/cm. Lintasan tersebut diusahakan
dapat mewakili seluruh daerah penyelidikan yang terdiri dari suatu bukit dengan kedalaman lembah dikedua sisinya relatif hampir sama. Profil anomali Bouguer
kedalaman lembah dikedua sisinya relatip hampir sama. Profil anomali Bouguer yang paling sedikit dipengaruhi / terkorelasi dengan perubahan kondisi topografi adalah anomali yang telah dihitung dengan harga rapat massa batuan rata-rata
19 Metode tersebut tampaknya bersifat grafis-empiris namun sebenarnya dapat diturunkan berdasarkan perumusan matematis, yaitu dengan membuat
koefisien korelasi antara anomali Bouguer dengan ketinggian ( h ) sama dengan nol. Artinya jika anomali Bouguer telah dihitung menggunakan harga rapat massa
batuan rata-rata yang tepat maka harga anomali tersebut tidak akan banyak dipengaruhi oleh perubahan topografi.
Rapat massa batuan rata-rata diperoleh dari harga rapat massa yang
diasumsikan ( o) ditambah dengan suatu faktor ‘ koreksi ‘ berdasarkan persamaa
20 2.4.3 Metode Garis Lurus Parasnis.
Parasnis mengusulkan cara lain yang dinamakan metoda garis lurus.
Misalkan anomali Bouguer ( = gcorr) merupakan kesalahan acak ( random ), maka anomali Bouguer pada stasiun disepanjang garis adalah nol atau secara
matematis dapat dituliskan sebagai berikut :
gcorr = gobs - g + 0.3086h – 0.04191h. + T. ……… (2.25) gobs - g = (0.04191h + T) - 0.3086h ……… (2.26)
Persamaan tersebut dapat dipandang sebagai suatu hubungan linier seperti persamaan y = mx + b. Jika kita plot harga-harga ( gobs - g ) + 0.3086h
maka akan membentuk garis lurus dengan kemiringan . Biasanya semua titik- titik tidak terletak pada pada garis lurus tersebut, sehingga dalam beberapa keadaan dapat dipergunakan cara kuadrat terkecil ( least square ).
2.4.4 Metode Pengukuran Gravitasi Bawah Permukaan.
Metode ini adalah dengan cara pengukuran gravitasi bawah permukaan. Perbedaan antara dua pengukuran adalah :
g = (0.094 – 0.02554 )h + T……… (2.27) dengan :
h = jarak tegak stasiun gravitasi pengamatan dan stasiun dibawahnya.
T = Beda koreksi Terrain . rapat massa rata-rata adalah :
=
(-.-.!/ 0123)21 Cara pendekatan ini kurang baik jika pengukuran hanya dibeberapa tempat untuk daerah penyelidikan ( survey ) gravitasi yang cukup luas.
Tabel 2.1 : Densitas Batuan
Tipe Batuan Rentang Densitas
23 2.5 Reduksi dan Anomali Gravitasi
Harga gaya berat tergantung pada tempat pengukuran terhadap jaraknya ke pusat bumi, oleh karena itu perlu dilakukan koreksi jika terdapat perbedaan
kondisi titik pada pengamatan terhadap kondisi teoritis tersebut dan untuk memperhitungkan akibat pengaruh alat.
Pembacaan gravitasi secara umum dipengaruhi oleh beberapa faktor
sehingga dilakukan koreksi untuk mengurangi kesalahan pembacaan gravitasi ke nilai gravitasi permukaan datum ekuipotensial seperti geoid (permukaan bumi
dimanapun yang paralel dengan geoid).Menetapkan hasil pengukuran di suatu tempat di permukaan bumi (Mean Sea Level) haruslah dikoreksi dengan berbagai reduksi, antara lain :
2.5.1 Koreksi Apungan (Drift Correction)
Alat gravimeter umumnya dirancang dengan sistem pegas setimbang, dan dilengkapi dengan massa (beban yang tergantung di ujungnya). Karena pegas tidak elastis sempurna maka akibatnya sistem pegas tidak kembali ke kedudukan
semula. Hal ini mengakibatkan perubahan penunjukkan harga pengukuran gravitasi pada setiap saat di suatu tempat pengukuran yang sama. Koreksi drift
dapat diartikan sebagai koreksi yang disebabkan oleh sifat alat gravimeter yang selalu menunjukkan perubahan harga setiap waktu. Selain itu drift dapat juga disebabkan oleh gangguan alat selama transportasi atau selama pengukuran di
24 Kesalahan drift di lapangan dapat dihitung pada setiap kisi pengamatan dengan sistem pengukuran tertutup atau sistem back to back stasiun. Secara
matematis koreksi drift dapat dinyatakan sebagai berikut:
567=
;9 = waktu pengukuran di stasiun A (pada awal pengukuran)
;′9 = waktu pengukuran di stasiun A saat penutupan
;7 = waktu pengukuran di stasiun B
2.5.2 Koreksi Pasang Surut Bumi (Tidal Correction)
Perubahan harga gaya berat suatu tempat terhadap waktu juga disebabkan
oleh pasang surut bumi akibat tarikan benda-benda angkasa khususnya matahari dan bulan. Perubahan tersebut bersifat periodik sesuai dengan posisi relatif bumi-bulan-matahari. Koreksi pasang surut dinyatakan oleh hubungan berikut :
C = P +N cos (cos + sin ) + S cos (cos - sin ) ……….. (2.30) Dimana P adalah suku yang hanya diperlukan waktu koreksi kutub, N dan
S adalah parameter yang bergantung waktu dan biasanya telah ditabelkan untuk tiap jam, tanggal dan tahun serta tempat tertentu. Koreksi dilakukan dengan membuat kurva-kurva koreksi pada interval waktu pengamatan setiap hari dan
25 2.5.3 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 gayaberat teoris 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).
Berdasarkan hukum Newton dapat ditunjukan bahwa harga potensial gaya berat tergantung pada jaraknya (fungsi jarak). Makin besar harga r makin kecil efek gaya berat yang ditimbulkan. Karena bumi berbentuk speroid maka
harga gaya berat naik sebanding dengan naiknya lintang tempat, makin ke kutub makin besar efek gaya beratnya.
Pengaruh rotasi dan penggembungan bumi di ekuator menghasilkan peningkatan gravitasi terhadap lintang. Percepatan sentrifugal yang disebabkan oleh rotasi bumi bernilai maksimum di ekuator dan nol pada kedua kutub;
26 pemipihan kutub meningkatkan gravitasi pada kutub karena geoid lebih dekat ke pusat massa bumi.
Koreksi ditambah atau dikurangkan pada stasiun gaya berat yang diamati adalah tergantung dari letak stasiun tersebut lebih tinggi atau lebih rendah. Pada
umumnya koreksi lintang ini digunakan untuk mendapatkan harga gaya berat teoritis jika jarak pengukuran berorde 1 – 2 km. Jika pengukuran orde kedua dari suku – suku yang lebih tinggi dapat diabaikan.
gϕ = gE (1 + sin 2ϕ – sin 2 2ϕ ) mgal
2.5.4 Koreksi Udara-bebas (Free-air Correction)
Koreksi udara bebas merupakan koreksi akibat perbedaan ketinggian sebesar h dengan mengabaikan adanya massa yang terletak diantara 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
27 Gravitasi bervariasi terhadap kuadrat jarak, sehingga diperlukan koreksi untuk perubahan elevasi antara stasiun untuk mengurangi pembacaan gravitasi ke
permukaan datum. Koreksi udara bebas tidak memperhitungkan material yang terdapat di antara stasiun dan permukaan datum. Bila g diukur di permukaan bumi
pada h tertentu, diatas permukaan laut, maka harus dikoreksi terhadap ketinggian sebelum dibandingkan dengan go.
FAC = g – go = 2 HGG ℎ ≈ 0.9406 ℎ (ℎ MNMO PQQ;)
0.3086 h ( h dalam meter) ... (2.32)
Koreksi udara bebas ditambahkan dalam pembacaan gravitasi untuk stasiun yang berbeda di atas bidang datum dan dikurangi jika stasiun berada di
bawahnya.
(Gambar 2.3 Titik amat P dengan ketinggian h terhadap geoid)
2.5.5 Koreksi Bouguer
Koreksi ini memperhitungkan pengaruh lempengan massa ( slab ) yang
dianggap tak terhingga dengan tebal h ( meter ) dan rapat massa ( gram/cm 3
).
28 tarik material antara stasiun pengamatan dengan datum referensi, yang diabaikan pada koreksi udara bebas ( seperti terlihat pada gambar 2.4).
Dengan menganggap bahwa stasiun pengamat pada pusat silinder tegak yang tingginya h dengan jari-jari tak hingga ( lapisan atau slab dengan ketinggian
h ), mempunyai rapat massa yang sama. Slab tersebut terletak diatas datum referensi. Perbedaan harga gaya berat pengamat di stasiun P dengan referensi adalah :
BC = 2 G h
= 0.04188 h ... ( 2.33)
Dengan :
BC = Koreksi Bouger ( mgal ) = rapat massa
h = ketinggian stasiun pengamatan
(Gambar 2.4 Lempeng Bouguer dengan ketebalan h)
2.5.6 Koreksi Medan (Terrain Correction)
Pada koreksi Bouger dianggap bahwa topografi adalah rata.
bergunung-29 gunung, sehingga mempengaruhi harga gayaberat pengamatan. Akibat adanya gaya tarik massa gunung atau kekurangan massa pada lembah menyebabkan efek
gayaberat pengamatan menjadi berkurang, sehingga akan mengurangi harga koreksi bouguer.
Untuk mempermudah koreksi di lapangan telah dibuat hammer chart yaitu dengan membagi daerah penelitian menjadi daerah-daerah dibatasi oleh lengkungan ( kompartemen ). Kompartemen ini kemudian disebut terrain chart.
Tinggi stasiun yang dimaksud dalam tabel adalah perbedaan tinggi pada setiap kompartemen. Efek gaya berat pada suatu sektor dapat dihitung dengan rumus
30 (Gambar 2.5 Topografi sekitar titik amat P mengakibatkan
pengurangan medan yang harus dikoreksi)
2.6 Anomali Bouguer
Data hasil observasi lapangan atau disebut data mentah tidak dapat
langsung digunakan untuk interpretasi kondisi bawah permukaan suatu daerah. Dengan menerapkan koreksi-koreksi gravitasi ( gaya berat ) yang telah disebutkan sebelumnya pada harga pembacaan gaya berat observasi, maka diperoleh data
jadi.
Hasil pengukuran atau pembacaan gaya berat di lapangan yang telah
direduksi terhadap efek pasang surut dan koreksi driff untuk pengamatan suatu lintasan tertutup ( kembali ke titik basis ), menghasilkan harga yang terkorelasi terhadap keadaan sekitar ( struktur geologi ) di bawah permukaan yang disebut
Anomali Gravitasi. Sebenarnya harga anomali ini merupakan penyimpangan dari nilai teoritis, anomali yang didapat disebut Bouguer Anomali.
31 pengamatan tersebut. Yang dimaksud harga gaya berat teoritis adalah harga gaya berat normal pada titik pengamatan yang telah dikoreksi dengan koreksi udara
bebas, koreksi bouguer dan koreksi medan. Dengan demikian, secara matematis rumus untuk mendapatkan nilai anomali bouguer di suatu titik pengamatan, dapat
dituliskan pada persamaan berikut ; BA = g koreksi pasang surut dan koreksi drift.
g = Harga gaya berat teoritis di tempat pengamatan FAC = Free Air Correction ( Koreksi Udara Bebas )
BC = Bouger Correction ( Koreksi Bouger ) TC = Terrain Correction ( Koreksi Medan )
2.7 Pemisahan Anomali Regional dan Anomali Residual (Lokal)
Secara umum anomali gravitasi disebabkan oleh dua bagian, yaitu :
anomali regional dan anomali residu (lokal). Bagian dari anomali gravitasi yang mempunyai panjang gelombang lebih panjang biasanya disebut anomali regional, sedangkan yang lebih pendek panjang gelombangnya disebut anomali residu.
32 Peta anomali bouguer memberikan gambaran menyeluruh mengenai massa penyebab anomali, karena merupakan gabungan dari berbagai variasi rapat massa
yang terdistribusi baik secara vertikal maupun horizontal. Bisa juga dikatakan bahwa anomali bouguer merupakan superposisi dari massa penyebab lokal dan
regional. Jika massa penyebab makin dalam, anomali menjadi lebih menyebar dan amplitudonya menurun. Panjang gelombang anomali juga proporsional dengan kedalaman dari perubahan densitas arah lateral.
Anomali lokal atau residu mencerminkan kondisi geologi daerah penelitian yang bersifat lokal dan dangkal, yang dicirikan oleh anomali yang
mempunyai frekuensi tinggi. Anomali regional dilain pihak, memberikan gambaran kondisi geologi secara lebih luas ( regional ) pada daerah yang dalam dengan dicirikan oleh anomali yang berfrekuensi rendah
Sifat-sifat demikian dapat dipakai sebagai bahan bantu saat melakukan interpretasi guna memperoleh informasi mengenai kondisi, jenis, maupun bentuk
geometri dan letak ( kedalaman ) dari massa batuan penyebab anomali. Hal ini berarti bahwa anomali bouguer terlebih dahulu harus dipisahkan menjadi anomali residu ( lokal ).
Masalah utama dalam interpretasi gravitasi adalah bagaimana memisahkan anomali dari efek tumpang tindih oleh penyebab lain. Pemisahan umumnya tidak
33 secara optimum. Beberapa metode yang dapat digunakan untuk memisahkan anomali regional dan anomali lokal, terdapat dua cara antara lain :
1. Metode Grafis
Yang termasuk metode ini antara lain : Metode Penghalusan ( Smoothing),
Metode Kontur, Metode Griffin. 2. Metode Analitik
Yang termasuk metode ini antara lain : Perhitungan Langsung dengan
Metode Titik Pusat & Cincin, Metode Turunan Vertikal Kedua, Metode Polynomial Fitting.
Metode pemisahan dapat ditentukan untuk mendapatkan anomali yang berasosiasi dengan kondisi geologi yang menarik/ diinginkan serta metode lain yang dipergunakan untuk meningkatkan daya pisah ( resolusi ) sebelum di
interpretasi secara kuantitatif sesuai dengan tujuan penelitian.
Banyak metode dan tehnik yang dapat di pergunakan untuk penentuan dan
pemisahan anomali antara lain :
2.7.1 Metode Grafik.
Pada peta gaya berat Bouguer dibuat potongan melintang pada jaringan (profil), kemudian pada setiap jaringan di estimasi efek regional dengan
34 Profil residu dapat dicari dengan harga estimasi regional dikurangi dengan anomali Bouguer pada semua titik di sepanjang profil. Metoda profil tidak dapat
dipergunakan dalam hal-hal sebagai berikut :
a.1. Lapangan yang disurvei sangat berbukit-bukit dan material permukaan
tidak homogen, sehingga rapat anomali Bouguer berubah-ubah. a.2. Trend regional sangat kuat sehingga anomali residu mudah hilang. a.3. Anomali residu sangat besar sehingga trend regional sulit dipisahkan
2.7.2 Metode Perataan Lokal.
Dalam metoda ini harga regional disuatu tempat diestimasi dengan harga rata-rata lokal ( moving average ) . Harga rata-rata anomali gaya berat disuatu tempat dihitung dari harga rata-rata gaya berat Bouguer pada lingkaran berjari-jari
satu satuan mengeliligi titik tersebut. Harga anomali residu dititik tersebut adalah selisih harga regional dengan anomali Bouguer di titik tersebut.
2.7.3 Metode Pollynomial Fitting
Dalam metode polynomial fitting, anomali regional dianggap dapat
digambarkan oleh suatu permukaan anomali dalam fungsi matematis. Permukaan tersebut diperoleh dengan meminimumkan selisih anomali Bouguer dengan
35 Secara umum permukaan anomali regional dapat dinyatakan dalam bentuk suatu polinomial berorde p sebagai berikut :
Jika i menyatakan indeks data ( i = 1,2,3, ...m ) maka selisih antara
anomali Bouguer dan anomali regional hasil perhitungan menggunakan polinomial adalah :
Prinsip dasar dari metode kuadrat terkecil adalah meminimumkan jumlah kuadrat dari selisih tersebut.
Metode ini, pada dasarnya merupakan suatu pendekatan matematis untuk
menentukan orde optimum kuadrat terkecil dari komponen regionalnya, sehingga apabila dikurangkan dari data anomali medan gravitasi Bouger yang sudah berada
pada bidang datar akan meminimasi distorsi pada komponen lokalnya.
Orde polynomial Z (xi , yi ) yang lebih tinggi memungkinkan adanya bagian residual yang masuk ke dalam regional yang digambarkan. Ketika orde
36 memungkinkan adanya bagian residual yang tergambar pada regional. Sebaliknya orde polynomial yang apling rendah memungkinkan adanya bagian regional yang
tergambar pada residual.
Dalam penulisan skripsi ini, metode yang digunakan penulis untuk
memisahkan anomali regional dan anomali lokal adalah Metode Analitik dengan cara Polynomoal Fitting. Cara lain untuk menentukan anomali sisa, dapat dilakukan dengan Metode Pollynomial Fitting dengan cara “kuadrat terkecil”
(least-square). Permukaan dipandang sebagai regional gravity dan anomaly sisa adalah beda antara medan gravitasi dan peta aktual (nilai gravitasi pada bidang/
permukaan regional). Secara matematis, permukaan regional dinyatakan dalam bentuk :
Z = Ax + By + C……… (2.38)
Dan anomali sisa dihitung dengan : R = G – Z
= G – (Ax + By + C) Dengan :
R = anomali sisa
37 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Data penelitian ini merupakan data sekunder, yaitu data yang berupa nilai anomali Bougernya, dimana data tersebut telah dikoreksi dengan koreksi Drift,
koreksi Pasang Surut, koreksi Lintang, koreksi Udara Bebas dan koreksi Medan. Data ini di ambil selama tiga hari pada tanggal 20 sampai 22 Juni 2008 di daerah
Karangsambung bagian Selatan. Daerah yang diamati berada pada koordinat 7.256º LS – 7.546º LS dan 109.662º BT - 109.676º BT. Pengolahan data dan interpretasi data sekunder ini dilakukan di Sub.Bidang Gravitasi dan Tanda Waktu
Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) Jl. Angkasa 1 No: 2, Kemayoran, Jakarta Pusat.
Daerah penelitian ini meliputi daerah seluas ± 2.22 km x 1.55 km. Ada 97 titik pengamatan dalam pengukuran nilai gravitasi ini, dimana nilai densitas rata-rata lingkungan yang telah di hitung menggunakan metode Nettleton sebesar 2.74
gr/cm3.
Dalam penentuan anomali residu (sisa) diperlukan data-data sebagai
berikut :
1. Koordinat titik pengamatan (Bujur dan Lintang)
2. Elevasi / ketinggian tempat pengukuran (h)
38 (Gambar 3.1 Titik-titik Pengukuran)
3.2 Alat dan Software Komputer
Pada pengolahan dari anomali Bouger Lengkap sampai perhitungan anomaly residu (sisa), penulis menggunakan beberapa software komputer, yaitu:
1. MS. Excel 2007 ;
2. Surfer 8.0 ;
3. SPSS 16
109.662 109.664 109.666 109.668 109.67 109.672 109.674 109.676 -7.546
39 3.3. Tahapan Pengolahan Data
Penelitian dilakukan secara bertahap dengan proses awal dilakukan pengumpulan terhadap data-data penunjang dalam penelitian. Setelah data
terkumpul, tahap penelitian dilanjutkan dengan pengolahan data. Pengolahan data dilakukan dengan pengecekan ulang reduksi data gravitasi yang telah dihitung oleh peneliti terdahulu sampai diperoleh anomali bouguer.
Data anomali Bouger dalam bentuk MS. Excel 2007 kemudian dibuat suatu konturnya menggunakan Surfer 8.0 sehingga kelihatan distribusi nilai
anomali pada daerah pengamatan. Hal ini untuk membantu dalam interpretasi kualitatif.
Pada penelitian ini data sekunder berupa nilai anomali Bouger dipisahkan
antara anomali regional dan lokalnya. Anomali bouger merupakan superposisi dari anomali lokal dan regional, maka untuk mendapatkan anomali lokal yang
merupakan anomali dari benda terkubur yang dicari, anomali bouger harus diolah untuk dipisahkan antara anomali lokal dan anomali regionalnya. Untuk memisahkan anomali lokal dan regional, penulis menggunakan metode Trend
Surface Analysis (TSA). Hasil pemisahan anomali dengan metoda ini sangat bergantung pada pemilihan orde polinomial yang dipergunakan.
40 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.2 : Alur Pengolahan Data gravitasi g observasi
Koreksi g Normal
Koreksi Udara Bebas
Koreksi Bouger
Anomali Bouger Lengkap
Anomali Regional Anomali residu
Interpretasi Kualitatif
Kesimpulan Data Lapangan yang telah telah
dikoreksi dengan koreksi pasut, koreksi drift, koreksi tinggi alat
41
3.4 Metode Penelitian
Untuk memenuhi tujuan dan menemukan solusi dari permasalahan,
perhitungan gravitasi yang dilakukan menggunakan pendekatan hukum Newton tentang gravitasi dan persamaan bidang kecenderungan dihitung dengan menggunakan metode kuadrat terkecil (Least Square).
Parameter-parameter yang mempengaruhi harga gaya berat tersebut dapat ditentukan dengan cara melakukan pengukuran koordinat, pengukuran ketinggian
tempat, penentuan rapat massa batuan dan perhitungan koreksi medan (terrain correction). Setelah proses perhitungan selesai dilakukan, pembuatan peta kontur anomali bouger dan anomali residu dilakukan dengan menggunakan program
Surfer 8.0 .
Salah satu metode analitik yang paling mudah untuk menentukan nilai
anomali sisa adalah metode Pollynomial Fitting. Data hasil penelitian yang digunakan untuk menghitung, biasanya menggunakan persamaan Least Squares.
Secara matematis dapat digambarkan bahwa bidang yang dinyatakan
sebagai garis linier adalah perkiraan regional trend (anomali regional) dan anomali sisanya adalah perbedaan (selisih) antara nilai gravitasi di lapangan
(gravity field) dengan nilai anomali regional (regional field).
Dalam penerapannya, bidang yang dinyatakan secara matematis sebagai Polynomial 2 dimensi sangat tergantung pada permukaan struktur geologi suatu
42 Persamaan Orde Satu. Secara matematis rumusnya dapat dituliskan sebagai
berikut :
Z=Ax + By + C ………. (3.1)
Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa penggunaan metode ini untuk struktur geologi suatu daerah yang cenderung datar. Maka untuk mendapatkan anomali residu, secara matematis persamaannya adalah :
R = G – Z = G – (Ax + By +C )……… (3.2) Dengan :
R = Anomali Residu
G = Nilai Gravitasi pengamatan Z = Anomali Regional
Dengan menggunakan persamaan, diperlukan perhitungan anomali Konstanta A, B dan C. Untuk memudahkan dalam proses penentuan ketiga
konstanta tersebut, penulis menggunakan fasilitas program SPSS 16. Dengan memasukan variabel Z sebagai variabel Dependent, serta variabel x dan y sebagai variabel Independent, sehingga dapat diperoleh nilai konstanta A,B,dan C.
Kemudian dapat dibuat kontur dengan menggunakan fasilitas program surfer. Tahap pengolahan data dalam menetukan anomali residu (sisa), mengikuti
langkah-langkah :
43 3. Untuk menghitung nilai koreksi bouger menggunakan persamaan (2.33),
penulis menggunakan data pendekatan nilai rapat massa batuan yang didapatkan melalui Metode Nettleton yang telah di hitung oleh ITB.
4. Menghitung nilai anomali bouger menggunakan persamaan (2.35)
5. Menghitung nilai konstanta A, B, dan C dengan menggunakan program SPSS 6. Menghitung nialai anomali residu (sisa) di setiap titik pengamatan menggunakan
persamaan (2.38)
7. Membuat peta kontur anomali bouger dan anomali sisa dengan menggunakan
program surfer.
8. Menginterpretasi hasil peta kontur anomali residu (sisa)
Untuk melihat hasil dari proses pengolahan data gravitasi sampai
mendapatkan nilai anomali residu (sisa), dapat dilihat pada table (lampiran 1 ). Selanjutnya untuk melihat hasil kontur anomali bouger dan anomali residu dapat
dilihat gambar (lampiran 2 dan 3).
Metode yang digunakan cukup praktis dan sederhana, yaitu menggunakan metode Polynomial Fitting orde satu, serta dalam proses mendapatkan nilai
konstanta A,B dan C menggunakan fasilitas program SPSS. Dengan adanya hasil akhir nilai konstanta A,B dan C dengan standar eror 24.609 maka dapat diperoleh
nilai Z hitung menggunakan rumus (2.38) dimana nilai A =- 430.796 , B = 203.079 , C = 48869.593, x dan y adalah bujur dan lintang titik pengamatan.
Hal ini menghasilkan nilai anomali residu yang diperoleh dengan cara
44 3.5 Tahap Interpretasi Kualitatif
Hasil pengolahan data gravitasi, baik dalam bentuk anomali Bouguer atau anomali sisa yang dihasilkan dari pemisahan anomali, akan dipresentasikan dalam
bentuk peta anomali gravitasi. Selanjutnya, obyektif interpretasi data gravitasi yang dilakukan adalah untuk mendapatkan gambaran benda bawah permukaan penyebab anomali, baik secara 2 atau 3-dimensi yang tidak hanya mencerminkan
efek gravitasi pengamatan, tetapai juga memenuhi pengamatan kondisi geologi ataupun pengamatan geofisika lainnya. Pada prinsipnya, interpretasi dapat
dilakukan secara kualitatif atau secara kuantitatif.
Interpretasi kualitatif dilakukan hanya dengan menilai seberapa banyak informasi bawah permukaan yang dapat ditafsirkan dengan melakukan
perhitungan-perhitungan untuk mendapatkan gambaran bawah permukaan benda penyebab anomali.
Data anomali gravitasi yang dipresentasikan dalam bentuk penampang ataupun dalam bentuk peta, dapat diinterpretasikan secara kualitatif dengan melihat bentuk penampang ataupun dengan melihat pola penyebaran garis-garis
kontur anomali. Istilah yang dipakai dalam interpretasi kualitatif adalah diperkirakan, kelihatannya, kemungkinannya atau kata-kata lain yang
mengandung ketidak-pastian, tetapi menjanjikan karena didukung oleh data. Interpretasi kualitatif dilakukan dengan mengamati data gravitasi berupa Anomali Bouguer. Anomali tersebut akan memberikan hasil secara global yang masih
45 besaran matematisnya. Misal pada peta kontur anomali Bouguer diperoleh bentuk
kontur tertutup maka dapat ditafsirkan sebagai struktur batuan berupa lipatan (sinklin atau antiklin). Dengan interpretasi ini dapat dilihat arah penyebaran
anomali atau nilai anomali yang dihasilkan .
Pada tahap interpretasi data ini meliputi interpretasi kualitatif. Untuk interpretasi kualitatif dapat kita tafsirkan dari nilai dan kontur anomali bouger
lengkap. Pada tahap interpretasi selain melihat data nilai anomalinya, harus diperhatikan juga mengenai geologi daerah penelitian tersebut. Hal ini
dimaksudkan untuk menguatkan pendugaan terhadap kondisi bawah permukaan daerah penelitian. Sehingga penafsiran model benda gravitasi sesuai dengan geologi daerah tersebut.
3.6 Tinjauan Umum Daerah Penelitian
3.6.1 Lokasi Daerah Penelitian
Daerah penelitian berada di Desa Karangsambung Kabupaten Kebumen Jawa Tengah, berada pada koordinat 7.42º – 7.60º LS dan 109.58º – 109.68º BT.
Kawasan ini terletak 19 km di sebelah Utara kota Kebumen. Daerah penelitian ini meliputi daerah seluas ± 2.22 km x 1.55 km. Kawasan ini merupakan kawasan
geologi terlengkap di Indonesia, jenis batuan beku, batuan sedimen dan batuan metamorf dapat di jumpai di kawasan ini. Karangsambung mempunyai tiga tipe morfologi yaitu bentuk lahan bentukan asal proses struktural ( patahan / sesar dan
46 pengendapan, poin bar, danau tapal kuda, gosong sungai ). Di daerah
Karangsambung terdapat beberapa sesar, diantaranya terdapat di Kali Mandala yang merupakan salah satu anak sungai Kali Luk Ulo dan mengalir ke sungai Luk
Ulo mengikuti zona sesar berarah Timurlaut-Baratdaya. Selain itu di daerah Bukit Sipako terdapat singkapan Blok Rijang-Batugamping Merah yang menunjukan kontak sesar dengan Fillit di bagian Selatan dengan Greywacke di bagian Utara.
3.6.2 Geologi Umum Daerah Penelitian
Karangsambung merupakan Kawasan Cagar Alam Geologi dimana pada daerah tersebut banyak tersingkap berbagai macam batuan. Karangsambung mempunyai topografi miring hingga bergelombang mempunyai aliran permukaan
yang sedang. Bagian utara kawasan geologi Karangsambung merupakan bagian dari Lajur Pegunungan Serayu Selatan. Pada umumnya daerah ini terdiri atas
dataran rendah hingga perbukitan menggelombang dan perbukitan tak teratur yang mencapai ketinggian hingga 520 m.
Di daerah Totogan terlihat morfologi tersier berupa rangkaian gunung
teratur yang membujur ke arah timur berupa Gunung Paras dan Perahu, tersusun oleh batuan sedimen breksi vulkanik formasi Waturanda yang berumur Miosen
awal ( 15 juta tahun ). Di daerah Totogan terlihat morfologi tersier berupa rangkaian gunung teratur yang membujur ke arah timur berupa Gunung Paras dan Perahu, tersusun oleh batuan sedimen breksi vulkanik formasi Waturanda yang
47 Gambar 3.3 : Peta geologi daerah Karangsambung
Di daerah Wagirsambeng yang terletak di puncak punggung Gunung Wagirsambeng, Bila pandangan diarahkan ke utara akan terlihat morfologi
menawan dari batuan-batuan tectonic melange. Sedangkan jika pandangan diarahkan ke arah timur, maka akan terlihat morfologi berbentuk tapal kuda dari rangkaian Gunung Paras dan Gunung Prahu ( di bagian Utara ), Gunung Dliwang,
Gunung Pagerori, Gunung Pranggong, dan Gunung Waturanda ( di bagian Selatan). Di tengah morfologi ini terlihat lembah dengan Kali Welaran yang
merupakan lembah antiklin, sedangkan pada puncak Gunung Paras terlihat lipatan batuan sedimen cekung ke atas yang merupakan sinklin. Kenampakan morfologi semacam ini sering disebut sebagai morfologi amphiteater yang terjadi karena
adanya proses pembalikan topografi di mana puncak lipatan sekarang berupa lembah, sedangkan lembah sinklin berubah menjadi puncak gunung. Sedangkan
di Waturanda, menampakkan tebing lereng yang vertikal yang terdiri dari perselingan batu pasir dengan breksi. Pada bagian tengah batuan ini ditemukan sekitar 23 siklus sedimentasi dari total formasi Waturanda yang setebal 1.000
meter.
Secara umum stratigrafi Karangsambung meliputi:
1. Batuan Pra Tersier/Luk ulo Melange Kompleks
Merupakan batuan tertua yang tersingkap di zone pegunungan serayu selatan yang berumur kapur tengah-paloecene ( Asikin,1974 ). Kelompok batuan
48 lava basalt ( pillow lava ), gabro, batugampingmerah, rijang, lempung hitam yang
bersifat serpihan. Semuanya merupakan campuran yang bersifat Tektonik.
2. Formasi Karangsambung
Merupakan kumpulan endapan olisthostrom, terjadi akibat pelongsoran karena gaya berat dibawah permukaan laut, melibatkan endapan sedimen yang belum mampat, berlangsung pada lereng parit dibawah pengaruh endapan turbidit.
Merupakan sedimen Pond dan diendapkan diatas Bancuh Lukulo. Terdiri dari konglomerat polimik, lempung abu-abu, serpih dan beberapa lensa batugamping
foraminifera besar. Hubungan tidak selaras dengan batuan Pra Tersier, berumur Eocene-Oligocene.
Batu lempung merupakan masa dasar,berwarna kelabu sampai kelabu
kehitaman. Dibeberapa tempat tampak bentuk longsoran atau perlapisan samar-samar sedimen turbidit tanpa cirri yang tegas. Bagian bawah batu lempung kelabu
kehitaman, tidak berlapis dan mengandung bongkahan beraneka ragam. Dibagian tengah, batu lempung terabak kurang kuat,makin banyak perlapisan dan bersisipan batulanau atau batupasir. Bagian atas,perlapisan tampak jelas dan batu
lempungnya tidak terabak. Bagian ini terdiri dari perselingan batulempeng,napal dan tuf,berlapis baik.
3. Formasi Totogan
Litologi berupa breksi dengan komponen batulempung, batupasir, batugamping, napal dan tufa. Berumur Oligocene-Miocene awal dan diendapka
49 menamakan sebagai Tufa Napalan I, sedangkan Suyanto & Roskamil ( 1974 )
menyebutnya dengan lempung breksi.
Bagian bawah satuan terdiri dari campuran dan perulangan secara tidak
teratur dari breksi, batu lempung tufan dan napal, gejala longsoran umum terdapat; lebih ke atas dicirikan oleh batupasir dan breksi dengan sebaran kepingan atau komponen yang searah dengan perlapisan.
Bagian tengah dikuasai oleh breksi. Selain komponen batu lempung, batupasir,batugamping dan napal seperti di bagian bawah, juga terdapat
konglomerat berkomponen batuan beku basal.
Bagian atas terdiri dari perselingan batulempung, batupasir dan tuf. Dalam batulempung di jumpai kepingan batulempung ungu dan kuarsa. Warna lapukan
biasanya putih kecokletan.
Formasi Totogan merupakan endapan oilstrostom yang terjadi oleh
longsoran akibat gaya berat. Pengendapannya di pengaruhi oleh pengangkatan dan pengikisan batuan sumbernya yang nisbi cepat. Formasi Totogan dapat disebandingkan dengan batuan sedimen berumur Eosen – Miosen.
4. Formasi Waturanda
Litologi berupa batupasir vulkanik dan breksi vulkanik yang berumur
Miocene awal-Miocene tengah, selaras diatas Formasi Totogan. Formasi ini mempunyai anggota Tuff, dimana Harloff ( 1933 ) menyebutnya sebagai Eerste Merger Tuff Horizon.
50 terdiri dari felspar , piroksen , lempung dan kepingan batuan , piroksen cukup
menonjol.
Dibagian lebih atas, breksi gunung api dengan sisipan batupasir wake, tuf
gampingan dan batu lempung. Breksi berkomponen andesit dan basal. Komponen warna kelabu tersusun oleh plagioklas, horeenblenda dan mika. Satuan ini tersebar di bagian utara dan selalu membentuk morfologi tinggi, dengan
puncaknya Gunung Watutumpang, Gunung Tugel, Gunung Paras ,Gunung Prahu.
5. Formasi Penosogan
Diendapkan selaras diatas Formasi Waturanda, litologi terdiri dari
perselingan batupasir, batulempung, tufa, napal, kalkarenit. Berumur Miocene Awal-Miocene Tengah.
Bagian bawah terdiri dari batupasir wake, berwarna kelabu kecokletan, setempat gampingan, berbutir kasar sampai halus. Komponen terdiri dari kepingan batuan, feldspar, piroksen atau mineral dan kaca. Makin ke atas terdapat
komponen batulempung, batupasir dan pecahan koral berukuran kerikil.
Bagian tengah terdiri dari napal dan kalkarenit dengan sisipan tuf.
Komponen kalkarenit pada umumnya berupa kepingan cangkang foraminifera dan koral, menyudut sampai membundar tangungterekat oleh kalsit. Dibagian ini masih terdapat sisipan batupasir kasar dan kerikilan; makin ke atas lapisannya
51 Bagian atas terdiri dari tuf kaca berselingan dengan napal tufan. Sisipan
tipis kalkarenit banyak terdapat di bagian lebih ke atas. Formasi Penosongan dapat disebandingkan dengan batuan sedimen.
6. Formasi Halang
Menindih selaras diatas Formasi Penosogan, Litologi terdiri dari perselingan batupasir, batulempung, napal, tufa dan sisipan breksi. Merupakan
kumpulan sedimen turbidit bersifat distal sampai proksimal, pada bagian bawah dan tengah kipas bawah laut, berumur Miocene ahkir-Pliocene.
Bagian bawah terdiri dari batupasir gampingan dengan sisipan napal dan breksi. Batupasir, berwarna kelabu, kekuningan, kecokletan,padat,berlapis. Bagian tengah terdiri dari perselingan batupasir gampingan dan napal, dengan
sisipan breksi, kalkarenit dan tuf. Bagian atas satuan dikuasai oleh batupasir gampingan, bersisipan tuf, batupasir breksian/ konglomeratan, batulanau dan
napal. Formasi haling dapat disebandingkan dengan batuan sedimen bagian atas atau Formasi Sentolo.
7. Formasi Peniron
Diendapkan selaras diatas Formasi Halang, litologi terdiri dari breksi polimik dengan komponen andesit, batulempung, batupasir dengan masa dasar
batupasir sisipan tufa, batupasir, napal dan batulempung, berumur pliocene. Dibagian bawah , breksi berwarna kelabu tua kehitaman,padat,komponen umumnya terdiri dari andesit berukuran kerikil sampai berangkal, terpilah buruk,
52 berukuran kerikil sampai bongkah. Bagian atas formasi ini disebandingkan
dengan batuan gunung api.
8. Batuan Vulkanik Muda
Tidak selaras dengan yang dibawahnya, Litologi terdiri dari breksi dengan sisipan batupasir tufan, dengan komponen andesit dan batupasir. Oleh karena itu para geolog menyebut lapangan geologi Karangsambung sebagai lapangan
geologi terlengkap di dunia. Ia merupakan jejak-jejak tumbukan dua lempeng bumi yang terjadi 140 juta tahun-90 juta tahun. Ia juga merupakan pertemuan
53 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Survey gravitasi pada dasarnya adalah untuk mencari variasi medan gravitasi dari satu titik ke titik lain di suatu tempat yang disebabkan oleh distribusi massa (struktur geologi) yang terdapat di bawah permukaan daerah penelitian. Akan tetapi medan gravitasi yang terukur oleh gravitymeter tidak hanya disebabkan oleh struktur-struktur geologi tetapi juga dipengaruhi oleh faktor-faktor non geologi. Adapun faktor-faktor-faktor-faktor non geologis yaitu bentuk topografi yang tidak teratur, waktu pengambilan data yang tidak serentak, perbedaan tinggi alat terhadap posisi titik-titik ukur yang berbeda-beda .Oleh karena itu dalam pengolahan data medan gravitasi dilakukan reduksi terhadap faktor-faktor yang tidak berhubungan dengan struktur geologi penyebab anomali tersebut.
Interpretasi gravitasi bertujuan untuk menentukan beberapa karakteristik anomali, lokasi dan bentuk struktur bawah permukaan yang menghasilkan gangguan gravitasi. Oleh karena itu data harus dianalisa dengan teknik interpretasi yang cocok.
