Bab 7 Perambatan Gelombang Dalam Batuan

(1)

Pada waktu terjadi pembekuan, turunnya suhu berjalan sangat lambat, maka terjadilah pengkristalan yang sempurna dimana ukuran kristalnya besar-besar dan kasar. Pengkristalan yang kurang sempurna disebut berstruktur porfiris, terdiri dari feldspar, biotit, kwarsa, dan Kristal-kristal kecil yang halus disebut masa dasar (ground massa), sedangkan kristar besar yang terdapat diantara masa dasar disebut fenokris (Kristal sulung).

Tekanan

Tekanan pada batuan didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara fluida yang membasahi batuan dengan fluida yang bersifat

tidak membasahi batuan jika didalam batuan tersebut terdapat dua atau lebih fasa fluida

(9)

(10)

(11)

(12)

LOGO

Pada batuan beku, kecepatan gelombang elastik dikontrol oleh komposisi mineral. Kenyataan ini diilustrasikan oleh korelasi kecepatan gelombang longitudinal dan kandungan SiO₂ pada batuan

beku dengan Quartz dikarakteristikkan sebagai kecepatan yang rendah.

(13)

Gambar 6.6 menunjukkan grafik batuan magmatik dan metamorfik dari lokasi yang berbeda di Rusia, yang dipublikasikan oleh Dortman (1976).

Korelasi antara kecepatan dan densitas dijelaskan dengan variasi dari komposisi mineral dari batuan yang berdampak pada kecepatan

(14)

Gambar 6.7 merupakan hasil studi untuk nilai kecepatan dan densitas dengan sampel dari lubang bor percontohan KTB; dengan distribusi normal kecepatan gelombang longitudinal dan transversal terhadap densitas dari setiap jenis batuan.

(15)

 sampelnya berasal dari benua Amerika Utara dan India.

 Dengan harga d densitas kelipatan 103 _{kg m}-3 _dan_{kecepatan v}

pdalam km/s.

v_p = a + b d

v_p = 2,76 d – 0,98

Rumusan Birch diaplikasikan oleh Volarovich

dan Bajuk (1977). Pengukuran batuan magmatik dengan variasi di daerah bekas USSR (Kasakhstan),

diperoleh rumusan :

(16)

Pengamatan secara detail perbedaan tekanan diberikan pada tabel 6.10. Untuk sampel batuan di Kasakhstan, Tipe A menunjukkan kecepatan v_p(p) dengan tekanan p dan densitas d₀ pada tekanan atmosfer; tipe B menunjukkan kecepatan v_p(p) dengan densitas d(p) pada tekanan yang sama. Sedangkan pada tekanan tinggi, terdapat korelasi kuat antara tipe B dan A.

(17)

LOGO _{Birch untuk menganalisa data sampel magmatik dari negara Jerman}

bagian Timur. Marle dan Kopf menetapkan rumusan untuk keadaan dibawah tekanan atmosfer;

Contoh : batuan plutonik ; granit, diorit, gabro diberikan oleh persamaan,

v_p = 3,10 d – 2,98

Dan batuan vulkanik ; porfiri, keratofirit, diabas dan basalt diberikan oleh peramaan,

v_p = 2,30 d – 0,91

Hekel (1990) menggunakan rumusan yang linear untuk mengkonversi kecepatan gelombang longitudinal ke densitas. Konversi tersebut dihasilkan untuk mantel pada harga densitas antara (2,5 sampai 3,5) x 103 _{kg m}-3

d =

v_p = 2,61 d – 1,0 ± 0,4

Birch untuk menganalisa data sampel magmatik dari negara Jerman bagian Timur. Marle dan Kopf menetapkan rumusan untuk keadaan dibawah tekanan atmosfer;

Contoh : batuan plutonik ; granit, diorit, gabro diberikan oleh persamaan,

v_p = 3,10 d – 2,98

Dan batuan vulkanik ; porfiri, keratofirit, diabas dan basalt diberikan oleh peramaan,

v_p = 2,30 d – 0,91

Hekel (1990) menggunakan rumusan yang linear untuk mengkonversi kecepatan gelombang longitudinal ke densitas. Konversi tersebut dihasilkan untuk mantel pada harga densitas antara (2,5 sampai 3,5) x 103 _{kg m}-3 d = v_p = 2,61 d – 1,0 ± 0,4 61 , 2 4 , 0 0 , 1 ± + p v

(18)

LOGO

Secara sistematis (Gebrande 1982) telah mempublikasikan hasil analisa dari rumusan empirik untuk kecepatan gelombang longitudinal dan transvesal serta korelasi densitasnya yang dipaparkan pada tabel 6.11 Secara sistematis (Gebrande 1982) telah mempublikasikan hasil analisa

dari rumusan empirik untuk kecepatan gelombang longitudinal dan transvesal serta korelasi densitasnya yang dipaparkan pada tabel 6.11

Birch (1961) telah menunjukkan bahwa silikat dan oksid bergantung pada parameter untuk harga rata-rata massa atom m_A. Korelasi persamaan untuk batuan tersebut diberikan oleh;

v_p= 2,76 d – 0,98 + 0,7 (21 – m_A)

Birch (1961) telah menunjukkan bahwa silikat dan oksid bergantung pada parameter untuk harga rata-rata massa atom m_A. Korelasi persamaan untuk batuan tersebut diberikan oleh;

(19)

LOGO perbandingan analisis korelasi dengan dan tanpa pengaruh massa atom rata-rata.

Analisis eksperimen itu dibuat dalam satu dimensi (v vs d) dan dua dimensi (d vs d,m_A) yang

dilampirkan pada tabel 6.12 untuk batuan plutonik dan

metamorfik dengan tekanan yang berbeda. Kecepatan lebih

banyak bergantung pada densitas

daripada massa atom rata-rata. Kecepatan gelombang geser hampir tidak

bergantung pada m_A dengan harga yang bervariasi (Gebrande, 1982).

(20)

LOGO

Simmons (1964) memodifikasi Hukum Birch, untuk menentukan kandungan CaO :

V

_p

= 2,76 d – 0,98 + 0,7 (21-m

_A

) + 4,60 C

_CaO Dimana C_CaO merupakan fraksi berat CaO dalam batuan.

Maghnani , dkk (1974) mengembangkan persamaan yang sama untuk kompresi dan gelombang geser dalam eclogites dan granulites :

V

_p

= 2,58 d – 0,53 + 0,7 (21-m

_A

) + 4,60 C

_CaO

V

_s

= 1,56 d – 0,63 + 0,21 (m

_A

-21) + 0,46 C

_CaO

Hubungan tersebut menunjukkan lemahnya pengaruh dari massa atom terhadap kecepatan gelombang S.

(21)

LOGO

V = a.d + b + c.m

_A

+

1

.

n i i i

e C

=

∑

Olevskij (1990) memberikan hubungan antara kecepatan, densitas dan total kandungan oksida pada MgO, CaO, Na₂O, K₂O.

Simmons (1964), mengeneralisasikan pengaruh dari berbagai parameter yang diberikan oleh persamaan :

Untuk batuan yang terdiri dari n komponen. Dimana d merupakan densitas; Ci merupakan fraksi berat pada komponen i ; a,b,c,e merupakan nilai empiris.

(22)

LOGO

Dalam beberapa kasus, hubungan non-linier antara kecepatan dan densitas memberikan korelasi yang baik dengan hasil eksperimen. Christensen dan Salisbury (1975) menemukan hubungan sesuai penelitian basalt dalam “Proyek pengeboran laut dalam” :

V_p = 2,33 + 0,08. d3,63

V_s = 1,33 + 0,011. d4,85

dimana tekanan untuk pengukuran adalah 0,5 bar (=50 MPa)

Dortman (1976) mengembangkan hubungan empiris untuk data dalam gambar 6.5 :

V_p = 5,45. exp [0,5(d-2,6)] ± K_T

Parameter K_T mengekspresikan kisaran penyimpangan kecepatan yang dikendalikan secara umum oleh efek tekstur dan oleh sebab itu disebut koefisien tekstur. Nilainya antara 0,4 … 0,5 km/s.

Dalam beberapa kasus, hubungan non-linier antara kecepatan dan densitas memberikan korelasi yang baik dengan hasil eksperimen. Christensen dan Salisbury (1975) menemukan hubungan sesuai penelitian basalt dalam “Proyek pengeboran laut dalam” :

V_p = 2,33 + 0,08. d3,63

V_s = 1,33 + 0,011. d4,85

dimana tekanan untuk pengukuran adalah 0,5 bar (=50 MPa)

Dortman (1976) mengembangkan hubungan empiris untuk data dalam gambar 6.5 :

V_p = 5,45. exp [0,5(d-2,6)] ± K_T

Parameter K_T mengekspresikan kisaran penyimpangan kecepatan yang dikendalikan secara umum oleh efek tekstur dan oleh sebab itu disebut koefisien tekstur. Nilainya antara 0,4 … 0,5 km/s.

(23)

LOGO

Ketergantungan kecepatan gelombang elastis pada porositas dan rekahan

Beberapa alasan fisika yang mempengaruhi sifat fisika batuan antaralain :

Perubahan dalam ikatan antara unsur-unsur batuan atau butir-butir mineral

Pengaruh pori atau patahan pengisi material dengan konstanta elastiknya (kecapatannya) rendah,

v _mineral> v _water> v _gas

Simmons, Todd & Baldridge (1975) menuliskan “Sifat fisika batuan efektif pada tekanan rendah dengan porositas yang retakannya sangat kecil”. Jika batuan magmatik dan metamorf

terdiri dari pori-pori, patahan atau retakan, mereka memiliki kecepatan yang lebih kecil daripada batuan yang sama pada

(24)

LOGO

Gambar berikut menunjukkan berkurangnya kecepatan gelombang P dengan meningkatnya porositas batuan (gabbro) dari Kuriles/Rusia pada dua tekanan yang berbeda.

Regresi linier :

Mpa

1000

untuk

253 .

0

227 .

8 Mpa

10 untuk

227 .

0

121 .

7

= Φ ⋅ − = = Φ ⋅ − =

p

v

p

v

c p c p

(25)

LOGO

Disamping porositas dan patahan, sifat isi pori juga mempengaruhi kecepatan gelombang elstik pada batuan.

Berdasarkan pemeriksaan quartz monzonite, King (1984) menyimpulkan bahwa sedikit kenaikan pada isi uap lembab batuan kering yang berisi pecahan porositas cukup besar akan menghasilkan kenaikan v_pdan v_syang besar pula.

Gambar 6.10 Ketergantungan kecepatan gelombang longitudinal dalam porositas retakan dan ukuran grain batuan granitic pada tekanan 0,001 kbar = 0,1 Mpa ; Lebedev dkk, (1974)

1- Granite, butiran halus (0,1 … 0,6 mm) 2- Granite, butiran medium (0,5 …. 1,8 mm) 3- Granite, butiran kasar (1,7 ….4,8 mm)

Gambar 6.10 Ketergantungan kecepatan gelombang longitudinal dalam porositas retakan dan ukuran grain batuan granitic pada tekanan 0,001 kbar = 0,1 Mpa ; Lebedev dkk, (1974)

1- Granite, butiran halus (0,1 … 0,6 mm) 2- Granite, butiran medium (0,5 …. 1,8 mm) 3- Granite, butiran kasar (1,7 ….4,8 mm)

(26)

LOGO

Ketergantungan Kecepatan Gelombang Elastik pada Tekanan dan Temperatur

Variasi sifat fisika batuan dan mineral dipengaruhi tekanan dan temperatur merupakan dasar penting untuk interpretasi kesesuaian data geofisika untuk range kedalaman berbeda.

Hubungan umum untuk variasi kecepatan dengan kedalaman z (Lebedev, 1975) :

Variasi sifat fisika batuan dan mineral dipengaruhi tekanan dan temperatur merupakan dasar penting untuk interpretasi kesesuaian data geofisika untuk range kedalaman berbeda.

Hubungan umum untuk variasi kecepatan dengan kedalaman z (Lebedev, 1975) :

dz

dT

T

v

dz

dp

p

v

dz

dv

p T ⋅













+ ⋅













= δ δ δ δ Perubahan kecepatan terhadap kedalaman (isotherm) Perubahan kecepatan terhadap kedalaman (isotherm) Perubahan kecepatan terhadap temperatur (isobar)

Tekanan vertikal dan gradien temperatur

(27)

LOGO

Ketergantungan kecepatan pada tekanan menunjukkan dua ciri dominan:

Hubungannya non-linier, pada range tekanan yang lebih tinggi akan memberikan kenaikan kecepatan lebih kecil daripada range tekanan lebih rendah.

Perubahan kecepatan selama daur loading-unloading secara parsial tidak dapat diubah (disebut “velocity hyteresis”. Fakta ini merupakan satu ungkapan untuk prilaku elastisitas non-ideal batuan alami.

(28)

LOGO

Vp maks = Nilai kecepatan maksimal arah radial pada inti Vpmin = Nilai kecepatan minimal arah radial pada inti Vp vertical =Nilai kecepatan arah axial pada inti

Pengaruh umum tekanan dan gejala anisotropi

Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal dan tranversal sebagai fungsi dari tekanan hidrostatik

Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal sebagai fungsi dari tekanan hidrostatik ( pengukuran sampel int

gneiss)

1. Peridotite (Kola Peninsula) 2. Olvinite (Siberia)

(29)

LOGO

Korelasi yang kuat pada perubahan kecepatan dan struktur tekstur sifat-sifat mikro pada satu sisi dengan komposisi mineralogi pada sisi lain dijelaskan oleh Lebedev, Sapoval dan Korchin (1974):

Kenaikan kecepatan dipengaruhi oleh tekanan pada range tekanan yang lebih rendah seharusnya besar pada ukuran pori bentuk mikro. Ukuran pori ini meningkatkan hubungan antara batuan pembentuk mineral.

Pada tekanan lebih tinggi kepadatan mendekati sempurna. Kenaikan kecepatan seharusnya mengubah sifat elastik penyusun mineral (pengaruh komposisi mineralogi pada prilaku di bawah tekanan.

(30)

LOGO

Gambar 6.15 Kecepatan gelombang longitudinal fungsi tekanan unaxial, granite (California) King and Paulsson (1981): a-sample lengkap, b-sample microcrack.

(31)

LOGO

Tabel 6.13. Kecepatan gelombang longitudinal (km/s) dan porositas (%) fungsi tekanan (MPa) untuk perbedaan ukuran butir granite,(Labedev dkk, 1974).

Untuk pembahasan lebih lanjut korelasi ini, kita dapat memplot (gambar 6.16 dengan perubahan relatif dari kecepatan diberikan oleh :

∆_{v/vo = (vp-vo)/vo}

Perubahan relatif porositas : Perubahan relatif porositas : ∆Φ_/Φ_{o = (}Φ_o- Φ_p)/Φ_o

(32)

LOGO

Gbr 6.16 Kecepatan relatif vs kecepatan porositas (data tabel 6.13) 1. Granite, butiran halus, 2- Granite, butiran medium 3- Granite, butiran kasar

(33)

LOGO

Kasus utama perubahan kecepatan suatu batuan :



Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik

batuan-pembentukan mineral dan perubahan fase mineral.



Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik unsur pokok

pori batuan dan perubahannya dari keadaan cair ke gas.



Perubahan kondisi kontak pada butir batuan, batas keretakan

dsb, dihasilkan dari variasi efek pertemuan butiran dan batas

keretakan tersebut atau dihasilkan dari sifat ekspansi suhu yang

berbeda dari batuan-pembentuk mineral.

(34)

LOGO

6.3.3 Kecepatan Gelombang Elastik Pada Batuan

Sedimen

Untuk mempelajari sifat fisik batuan sedimen, ada beberapa hal yang penting yang perlu diketahui:

Variasi tipe batuan (kepadatan, kandungan garam monomineral, rekahan , konsolidasi pori-pori batuan dan non konsolidasi sedimen. )

Mempelajari sifat seismik dengan ketergantungan kompleks fitur batuan.

Untuk mempelajari sifat fisik batuan sedimen, ada beberapa hal yang penting yang perlu diketahui:

Variasi tipe batuan (kepadatan, kandungan garam monomineral, rekahan , konsolidasi pori-pori batuan dan non konsolidasi sedimen. )

Mempelajari sifat seismik dengan ketergantungan kompleks fitur batuan.

Tabel 6.14 Memberikan indikasi parameter dominan yang mempengaruhi kecepatan, yakni :

• Komposisi mineral matriks batuan • Konsolidasi matriks batuan

• Porositas, bentuk pori dan isi pori • Tekanan dan temperatur

(35)

LOGO

Tbel 6.14 Kecepatan Rata-rata gelombang P dan S

(36)

LOGO

Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak

Komposisi mineral batuan sedimen sangat berpengaruh terhadap kecepatan, hal ini terlihat pada efek yang dirditimbulkan (tergantung pada pecahan dan komposisinya) :

•Efektif untuk modulus elastis batuan

•Butiran sampai pembentukan butiran, sementasi dan kondisi kontak secara umum.

Komposisi mineral batuan sedimen sangat berpengaruh terhadap kecepatan, hal ini terlihat pada efek yang dirditimbulkan (tergantung pada pecahan dan komposisinya) :

•Efektif untuk modulus elastis batuan

•Butiran sampai pembentukan butiran, sementasi dan kondisi kontak secara umum.

Wyllie, Gregory dan Gadner pada Tahun 1956 menurunkan “Time average equation” berdasarkan sifat kandungan dan porositas sebagai berikut : fl m p

v

Φ + Φ − =

1

vp = Kecepatan gel P pada saturasi air batuan berpori

v_m = Kecepatan gel P matriks batuan (kecepatan matriks) v_fl = Kecepatan fluida pori

(37)

LOGO

Berdasarkan Persamaan 6.4.3 secara Aritmatika dan Geometri, didapatkan beberapa nilai kecepatan yang berbeda untuk Anhydrite (Kopf.1977).

Anhydrite dengan 50% limestone v_p=5600m/s Anhydrite dengan 50% dolomite v_p=5900m/s Anhydrite dengan 50% gypsum v_p=5400m/s Anhydrite dengan 50% halite v_p=4900m/s

Berdasarkan Persamaan 6.4.3 secara Aritmatika dan Geometri, didapatkan beberapa nilai kecepatan yang berbeda untuk Anhydrite (Kopf.1977).

Anhydrite dengan 50% limestone v_p=5600m/s Anhydrite dengan 50% dolomite v_p=5900m/s Anhydrite dengan 50% gypsum v_p=5400m/s Anhydrite dengan 50% halite v_p=4900m/s

(38)

LOGO

Gambar 6.21 memperlihatkan

kecepatan yang dipengaruhi

oleh porositas untuk

gelombang longitudinal dan

tranversal untuk saturasi air

pada sandstone. Pada

tekanan 14 MPa.

Efek lain dari porositas

terdapat perambatan

gelombang

gelombang stress stress yangyang

mengalami pengurangan

kecepatan.

(39)

LOGO

Adapun

Adapun persamaan ypersamaan yang lain diturang lain diturunkan secaunkan secara empiris ra empiris oleh Raymeoleh Raymerr (1980)(1980) pada pembentukan batuan

pada pembentukan batuan

fl fl m m p p

vv

==

((

1

−− ΦΦ

))

22 ++ ΦΦ

Nafe dan Dake (1963) dan Gadner (1974) mendapatkan hubungan

kecepatan gelombang longitudinal (m/s) dan densitas (g/cm

kecepatan gelombang longitudinal (m/s) dan densitas (g/cm33₌₁₀₌₁₀33_kg/m_kg/m33₎₎

untuk saturasi batuan sedimen

(40)

LOGO

Clay me

Clay mempengaruhi permpengaruhi perubahan elastisubahan elastisitas itas untuk 4 untuk 4 aspek yaspek yaitu :aitu :

1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yang 1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yang terbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat terbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadap dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadap meningkatnya kandungan clay.

meningkatnya kandungan clay.

2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yang 2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yang mengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa dengan mengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa dengan bertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkan bertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkan kandungan caly.

kandungan caly. 3.Sifat fisik

3.Sifat fisik clay sclay sangat memangat mempengaruhi pengaruhi kandungan akandungan air. Dengair. Dengan demikiann demikian pori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic pada pori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic pada saat terjadinya saturasi.

saat terjadinya saturasi. 4.Clay

4.Clay dapat dapat mempengaruhi mempengaruhi distribusi distribusi dan kdan konfigurasi onfigurasi colloid ccolloid clay lay yangyang terdapat pada frame batuan

terdapat pada frame batuan

(Murphy, (Murphy, dkk 1993)

dkk 1993) Clay me

Clay mempengaruhi permpengaruhi perubahan elastisubahan elastisitas itas untuk 4 untuk 4 aspek yaspek yaitu :aitu :

1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yang 1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yang terbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat terbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadap dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadap meningkatnya kandungan clay.

meningkatnya kandungan clay.

2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yang 2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yang mengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa dengan mengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa dengan bertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkan bertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkan kandungan caly.

kandungan caly. 3.Sifat fisik

3.Sifat fisik clay sclay sangat memangat mempengaruhi pengaruhi kandungan akandungan air. Dengair. Dengan demikiann demikian pori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic pada pori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic pada saat terjadinya saturasi.

saat terjadinya saturasi. 4.Clay

4.Clay dapat dapat mempengaruhi mempengaruhi distribusi distribusi dan kdan konfigurasi onfigurasi colloid ccolloid clay lay yangyang terdapat pada frame batuan

terdapat pada frame batuan

(Murphy,

dkk 1993)

(41)

LOGO

Pengaruh dari aspek yang pertama dan kedua dapat dilihat

Pengaruh dari aspek yang pertama dan kedua dapat dilihat padapada gambar 6.22

(42)

LOGO

 Waktu rata-rata dapat dinyatakan sebagai berikut:

 Dengan kecepatan yang dinyatakan secara linear sebagai berikut :

Dimana :

v Kecepatan

∆_t _{waktu transit}

(43)

LOGO

Dimana kecepatan dinyatakan dalam km/s (dalam s/km untuk kasus ini) dan porositas dalam desimal

Selanjutnya berdasarkan nilai yang diperoleh ini diplotkan dalam gambar berikut ini

(44)

LOGO

Gambar 6.32 memperlihatkan kecepatan vs porositas untuk gelombang longitudinal dan gelombang tranversal.

(45)

LOGO

Selanjutnya berdasarkan analisis didapatkan deviasi antara hasil

pengukuran dan nilai prediksi sangat dipengaruhi oleh kandungan clay.

Sehingga didapatkan persamaan berikut ini yaitu 2 buah persamaan

linear untuk clay ( C kandungan clay)

(46)

LOGO

Berdasarkan analisa yang dilakukan dihasilkan dua

kecepatan dan waktu penjalaran gelombang p dan s. Untuk

pemberian tekanan yang dibatasi pada 40 MPa,dan

tekanan Lubang 1 Mpa didapatkan fungsi kecepatan

terhadap porositas dan kandungan clay sebagai berikut:

(47)

LOGO

Marion dan Jizba (1992) melakukan investigasi di laut utara pada batuan shaly sand dengan menggunakan persamaan 6.53 untuk resovoir pada tekanan 35MPa didapatkan sebagai berikut :

Catatan porositas mempengaruhi kecepatan gelombang P dan kecepatan gelombang S, Gelombang S tidak terpengaruh oleh adanya saturasi dan clay memberikan efek terhadap kecepatan gelombang S (Marion dan Jizba 1992).

(48)



Tiga pendapat tambahan yang mungkin bisa menjadi

pertimbangan yaitu :

1. Koefisien yang terdapat pada persamaan linear kecepatan-

porositas yang tergantung terhadap tekanan. Persamaan

non linear untuk pengaruh tekanan yang telah diturunkan oleh

Eberhat-Philips dkk (1989).

2. Analisis terhadap kecepatan (v

_p

,v

_s

) sehingga didapatkan nilai

perbandingan v

_p

/v

_s

dan hal ini memberikan pengaruh

terhadap kandungan clay, porositas, serta tekanan yang

selanjutnya menjadi pertimbangan.

3. Paramater yang didaptkan dari kompresi dan kecepatan

gelombang geser atau nilai dari waktu perjalarannya yang

selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan porositas,

secara khusus terdapat pada ekplorsi seismic.

(49)

LOGO

(Mehta dan Verma 1991), hubungan secara linear antara waktu penjalaran gelombang s dan p dengan porositas adalah :

Dimana :

= waktu perjalaran untuk gelombang P dan S = waktu penjalaran

matrix pada gelombang p dan s

= parametr empiris, yang berpengaruh terhadap lithologi Persamaan ini diterapkan untuk batuan limestone dan sandstones.

(50)

LOGO

Sedimen non-konsolidasi dapat dikelompokkan

menjadi dua, yaitu :



Non-kohesif (pasir, batu kerikil)



Kohesif (lempung, loam/tanah liat)

Perbedaan dua kelompok diatas berdasarkan

pada kondisi fisik partikel batuan.

Kelompok pertama, kondisi dikendalikan oleh

efek friksi dan kelompok kedua didominasi oleh

fenomena fisika-kimia batuan

(51)

LOGO Pada batuan sedimen kecepatan bergantung pada : oPorositas oTekanan o Saturasi air Tipe sedimen dicirikan dengan operbedaan nilai kecepatan o parameter bergantung kecepatan.

Dalam hal ini bergantung pada

okomposisi mineral odistribusi ukuran

butiran

(52)

LOGO Gambar 6.30 a.menunjukkan korelasi kurva rata-rata kebergantungan dari kecepatan terhadap porositas batuan sedimen tak kompak b. korelasi antara kecepatan gelombang longitudinal dan porositas sedimen yang tersaturasi air laut

(53)

LOGO

Hubungan linier antara kecepatan gelombang transversal, densitas,

porositas secara empirik :

V

_p

= a

₁

+ a

₂

.d

V

_p

= b

₁

– b

₂

.

ɸ dimana : d = densitas

ɸ = porositas

a₁, a₂, b₁, b₂ = parameter empiris Kedua persamaan diatas equivalen dengan :

b₁= a₁ + a₂.d_s b₂ = a₂. (d_s-d_η)

(54)

LOGO

Hamilton dan Bachman (1982) memberikan korelasi

antara sedimen laut dengan 3 jenis sedimen;

• Shelf dan slope

Vp = 2502,0 – 2345.

ɸ

+ 140 .

ɸ

2

Vp = 2330,4 – 1257,0.D + 487,7 . D

2

• Abyssal hill/turbudite

Vp =1564.6-59.7

Φ

Vp = 1591.5-63.4. D

• Abyssal hill/pelagis

Vp =1410.6+117.7

Φ

Vp = 1476.7+29.7. D

(55)

LOGO

Morgan (1969) telah mendapatkan kumpulan regresi

linear dan kuadrat untuk sedimen tersaturasi air dari Lake

Erie. Sebagai contoh :

• Relasi linear antara porositas dan kecepatan

(R=0.84367)

• Relasi kuadrat antara porositas dan kecepatan

(R=0.87358)

Vp = 1917-566.Φ

(56)

LOGO

Kecepatan gelombang longitudinal sedimen tersaturasi air laut sebagai fungsi dari kandungan lempung (Gambar 6.32)

Gambar tersebut menunjukkan contoh di

mana data yang cukup baik dijelaskan oleh

hubungan linear. Kecepatan gelombang transversal juga menurun

dengan meningkatnya kandungan lempung

(57)

LOGO

Hubungan

Kecepatan

Gelombang

Pada Kandungan Air Pada batuan sedimen tidak kompak, kontak partikel sensitive terhadap:

- Efek batas butiran

(58)

LOGO

Gambar 6.33. a. kecepatan gelombang P menurun dengan meningkatnya porositas secara linear

Gambar 6.33 b dan c kekentalan yang meningkat yakni

kandungan karbonatnya bertambah maka kecepatan gelombang shear meningkat.

(59)

LOGO Gambar 6.34a menunjukkan beberapa keistimewaan kecepatan pada saturasi parsial. b. gelombang longitudinal

dan transversal pasir Ottawa pada tekanan

differensial 1500psi,data after

(60)

LOGO

Kecepatan gelombang transversal menunjukkan

penurunan yang kecil dengan meningkatnya kandungan

air.



Fenomena ini dijelaskan dengan :

•kompresibilitas dari pori yang di dalamnya terkandung

gas dan air yang menentukkan fraksi volume pori

80%-90%.

• Modulus shear dari sedimen tidak dipengaruhi oleh

pori yang berisi jika modulus shear=0

• Penurunan kecepatan yang kecil (untuk gelombang

longitudinal sekitar 90% saturasi air, untuk gelombang

shear di atas harga saturasi) yang disebabkan oleh

peningkatan densitas dan peningkatan saturasi air.

(61)

LOGO

Gambar 6.37 menunjukkan hasil ekperimen dari

perambatan gelombang P dan S.

•Secara vertikal dan

horizontal dengan tekanan yang meningkat, kecepatan gelombang P dan S pada batuan sedimen kering meningkat secara linear. •Pada batuan sedimen tersaturasi air, kecepatan gelombang P tetap diatas 1000 m/s terhadap tekanan yang berbeda sedangkan kecepatan gelombang S meningkat secara linear terhadap tekanan

(62)

LOGO

Tabel 6.16. Eksponen m di kecepatan vs tekanan; Referensi : D-Domenico (1977), H-Hunter et al (1961), S-Schon (1969,1983), Z-Zareva (1956)

(63)

LOGO

Pada sedimen tersaturasi, kecepatan gelombang

longitudinal bernilai constant untuk kondisi tekanan rendah

pada lapisan dekat permukaan. Secara ringkas dapat

disebutkan :

-kecepatan gelombang longitudinal pada sedimen kering

ditentukan oleh susunan butiran. Batuan sedimen

mempunyai susunan butiran tertentu.

- Kecepatan gelombang longitudinal pada sedimen

tersaturasi air ditentukan oleh material pori. Batuan

sedimen mempunyai pori tertentu.

- Kecepatan transversal ditentukan oleh susunan butiran

pada kedua keadaan yakni keadaan kering dan tersaturasi

air.

(64)

LOGO Gambar 6.38. Kombinasi kecepatan vs. tekanan; Gambar 6.39, kecepatan gelombang sedimen sebagai fungsi

tekanan untuk sedimen kering dengan beberapa perbedaan bentuk butiran 1. Glass

sphere, 2. Sand, 3. Quartzite

(65)

LOGO

Tabel 6.17. Relasi kecepatan-kedalaman untuk sedimen tersaturasi air laut after Hamilton, 1976 (kecepatan dalam m/s; kedalaman z dalam m)

(66)

LOGO

Tabel 6.17 menunjukkan hubungan kecepatan dan kedalaman pada

sedimen laut tersaturasi air. Kecepatan-tekanan atau

kecepatan-kedalaman bergantung sedimen kohesif dan non kohesif denga

bentuk persamaan (6.81). Pernyataan dari Dominico (1977),

perbandingan

kecepatan-tekanan

dan

kecepatan-kedalaman

bergantung pada kenaikan kecepatan gelombang kompres termasuk

kedalaman sedimen yang mengendap dalam kolam (kedalaman

sebanding dengan penurunan tekanan) dengan angka yang sangat

rendah daripada pengukuran kecepatan dalam pasir. Hal ini

diakibatkan oleh kenaikan sementasi yang cepat yang sesuai

penurunan porositas dengan kedalaman pada dapur pasir alam

(67)

LOGO



Hasil eksperimen



Kemajuan Teknologi



Rasio

S P

v

kec. Gel trans dari kec. Gel trans dari eksplorasi seismic eksplorasi seismic

& well logging & well logging kec. Gel

kec. Gelombangombang longlongitudinalitudinal

parameter-parameter untuk menentukan karakteristik batuan

Han, Nur & Morgan (1986) mencatat bahwa penggabungan atau kombinasi kecepatan dan rasio kecepatan merupakan alat

yang memudahkan pemisahan litologi yang dapat dipercaya.

(68)

• Rasio

S

v

menurunnya kekuatan mekanik dan kekompakkan, porositas

dan rekahan semakin meningkat menurunnya kekuatan mekanik dan kekompakkan, porositas

dan rekahan semakin meningkat

(69)

Rasio

baik eksperimen

maupun empiris akan

memberikan informasi:

Rasio

baik eksperimen

maupun empiris akan

memberikan informasi:

S P

v

Rasio Vp/Vs

••

litologi, facies

••

kandungan pori, khusus

tentang gas

(70)

Tabel 6.18 Nilai-nilai rata-rata

, formasi

Fruitland Cretaceous (coal bed), Cedar Hill

Field, New Mexico (Blott, 1993)

Tabel 6.18 Nilai-nilai rata-rata

, formasi

Fruitland Cretaceous (coal bed), Cedar Hill

Field, New Mexico (Blott, 1993)

Saturation

Fracturing

Dry saturation

Patahan kecil atau tak ada

patahan

1.81

1.81 Patahan sangat/ besar

Patahan sangat/ besar

1.91

1.91 Brine saturated

Brine saturated Patahan kecil atau tak ada

Patahan kecil atau tak ada

patahan

1.98

1.98 Patahan sangat/ besar

Patahan sangat/ besar

2.40

S P v v S P v v Rasio Vp/Vs

(71)

indikator litologi, dengan menggunakan perubahan waktu tp dan ts, yang berbanding terbalik dengan kecepatan indikator litologi, dengan menggunakan perubahan waktu tp dan ts, yang berbanding terbalik dengan kecepatan Rasio Vp/Vs air (atau yang mengandung minyak) dan batuan-batuan berpori ini sangat

(72)

36 .

1

16 .

1

+ = _S P

v

υ

07 .

1

26 .

1

+ = _S P

v

υ R = 0.97 Rasio Vp/Vs Untuk batuan Lumpur (batuan sedimen

yang mengandung silikat klastik dan saturasi air dengan penyusun utama clay dan partikel seukuran silt), Castagna, Batzle & Eastwood (1985) hubungan antara pengukuran sonic in-situ dan pengukuran seismic lapanga

(73)

(74)

LOGO C v v S P 43 . 0 56 . 0 55 . 1 + Φ + = R = 0.7 C v v v v dry S P saturated S P ₌₀_.₀₁₈₊₀_.₃₆_Φ₊₀_.₄₇       −      

(75)

LOGO SH P = a +bv υ b v a v v SH SH P +













= 4 . 1 +













= SH SH P v a v v 27 . 0

14

− =

z

v

S P

Parameter empiris a, b adalah Kontribusi fluida pori

Untuk batuan kompak akan b mendekati1.4

kecepatan gelombang geser bergantung pada sifat pembungkus/kerangka dan tidak dipengaruhi oleh sifat fluida pori, dan kecepatan gelombang mampat bergantung pada sifat-sifat kerangka (ditunjukkan dengan kecepatan gelombang geser) dan sifat-sifat fluida pori, relasi sederhana yang dihasilkan.

(76)

Anisotropi Kecepatan gelombang elastic

Secara sederhana diartikan ketergantungan kecepatan terhadap

arahnya.

Crampin & Lovell (1991) membuat daftar 5 kemungkinan sumber

dari anisotropik seismik :

•Susunan kristal

•Tekanan langsung – anisotropi terinduksi

•Anisotropi litologi (contohnya : susunan butir)

•Anisotropi struktur (contohnya : perlapisan fine)

(77)

Gambar 6.45. Gambaran stereograpi dari penyelidikan anisotropi menggunakan sampel bola (granodiorite after Pros (1977), isolines menunjukkan kecepatan gelombang longitudinal dalam km/s

tekanan 300MPa (koefisien anisotropi = 0.044) tekanan 0.1 MPa (koefisien anisotropi = 0.36)

(78)



koefisien anisotropi



rasio anisotropi

min min max

v

A

_v

=

−

1

min max *

+

=

_v v

A

v

A

(79)

(80)



Pori – pori rekahan kosong dari sampel



Tekanan dan kondisi saturasi yang berbeda

(81)

(82)

Dari table 6.21

Ukuran butir (mm) Nama butir

> 256 Boulder (bongkah) 64 – 256 Cobble (berangkal) 4 – 64 Pebble (kerakal) 2 – 4 Granule (kerikil) 1/16 – 2 Sand (pasir) 1/256 – 1/16 Silt (lanau) < 1/256 Clay (lempung (Soetoto, 2001)

Diantara batuan metamorf dan magmatik yang ada dalam dalam tablel 6.21,gneiss dan schist memiliki nilai yang tertinggi.

Untuk Batuan sedimen, anisotropinya meningkat dari batupasir ke batulempung dan shale.

(83)

•Anisotropi tidak bergantung pada tekanan

•Penurunan anisotropi karena mengecilnya retakan

Figure 6.46. Anisotropy coefficient versus hydrostatic pressure and temperature for longitudinal (left) and transverse (right) wave velocity, after data from Bajuk and Tedev (1978); 1 – schist 2, 3 – gneisses.

(84)

% 100 % 100 (%) min min max v A Anisotropi = − = υ υ υ

(85)

Table 6.22. Crack and textural anisotropy of

samples from the KTB pilot borehole, after Zang

et al., (1989)

Tipe batuan

n

Anisotropy (%)

Total

Crack

Textural

Amphibolite

4

10

7.8

2.2

2.2 Gneiss

Gneiss

9

33

23

10

10 Lamprophyre

Lamprophyre

2

2 ~4.8

~4.8

~4

~0.8

Marble

1

7

7 ~7

~7

0

(86)

(87)

(1991)

aplikasi

potensial

gelombang geser :



pemahaman geometri fluida

termasuk campurannya



aplikasi

pada

produksi

hidrokarbon dan pada bidang

industri

lainnya

(yaitu

lokalisasi

retakan

bawah

permukaan,

estimasi

orientasi stress kompresional

maksimum

dan

retakan-retakan hidraulik)



beberapa aplikasi spekulatif

(sebagai monitoring stress

menjelang

gempa

dan

ledakan batuan)

(88)

Beberapa aplikasi tambahan yang dijabarkan dalam prosiding yang sama untuk aspek yang yang lebih lanjut:

aplikasi yang hubungan dengan eksperimen batuan panas dan kering (oleh Crampin, 1988; Crampin dan Booth, 1989)

Peramalan arah patahan termasuk pembahasan laporan singkat serta teknik aplikasinya (Yale & Sprunt, 1989)

Pengamatan-pengamatan pemisahan gelombang geser akibat kegagalan induksi stress besar (Graham & Crampin, 1991)

Korelasi antara geser bifrigerence, arah permeabilitas dan patahan-patahan batuan (Xu & King, 1989)

Variasi koefisien refleksi dengan strike retakan dan densitas dalam media anisotropi (li & Crampin, 1992)

Kajian-kajian pemisahan gelombang geser untuk perambatan-perambatan tektonik (Mjelde, 1991)

Bab 7 Perambatan Gelombang Dalam Batuan

Contents

Contents

Contents

Contents

Kecepatan

Kecepatan elastik bat

elastik batuan dari

uan dari hasil pen

hasil pengamatan

gamatan eksperimen

eksperimen

Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak

Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak

Tinjauan Umum

Tinjauan Umum

Perambatan gelombang dalam Batuan

Perambatan gelombang dalam Batuan

BAB 7

BAB 7

Perbandin

Elastic Properties

Elastic Properties

Of Rock

Of Rock

Elastic Properties

Elastic Properties

Of Rock

Of Rock

6.3. Kecepatan elastik batuan dari

6.3. Kecepatan elastik batuan dari

hasil

hasil pengamatan

pengamatan eksperimen

eksperimen

6.3. Kecepatan elastik batuan dari

6.3. Kecepatan elastik batuan dari

hasil

hasil

pengamatan

pengamatan

eksperimen

eksperimen

Tinjauan Umum

Tinjauan Umum

V

= 2,76 d – 0,98 + 0,7 (21-m

) + 4,60 C

V

= 2,58 d – 0,53 + 0,7 (21-m

) + 4,60 C

V

= 1,56 d – 0,63 + 0,21 (m

-21) + 0,46 C

V = a.d + b + c.m

+

.

e C

∑

Mpa

1000

untuk

253

.

0

227

.

8

Mpa

10

untuk

227

.

0

121

.

7

p

v

p