METODE GEOFISIKA UNTUK EKSPLORASI BATUBARA METODE GEOFISIKA UNTUK EKSPLORASI BATUBARA
Metode geofisika merupakan metode tidak langsung dalam survey mencari endapan Metode geofisika merupakan metode tidak langsung dalam survey mencari endapan berharga
berharga termasuk termasuk dalam dalam mencari mencari endapan endapan batubara. batubara. Survey Survey metode-metode metode-metode geofisikageofisika berikut ini akan
berikut ini akan membantu dalam pelaksanaan membantu dalam pelaksanaan eksplorasi dan pengembangan batubara seksplorasi dan pengembangan batubara secaraecara kontinu, struktur (patahan, lipatan), ketebalan dari lapisan batubara, kedalaman dari lapisan kontinu, struktur (patahan, lipatan), ketebalan dari lapisan batubara, kedalaman dari lapisan batubara,
batubara, dan dan analisa-analisa analisa-analisa mengenai kemengenai keadaan adaan di di bawah permukaan bawah permukaan bumi. bumi. Metode-metodeMetode-metode geofisika tersebut antara lain :
geofisika tersebut antara lain :
1.
1. Metode ElektromagnetikMetode Elektromagnetik ( El( El eectromagnectromagnetic Conductitic Conducti vity ) vity )
Salah satu metode yang banyak digunakan dalam prospeksi geofisika adalah Salah satu metode yang banyak digunakan dalam prospeksi geofisika adalah metode elektromagnetik. Metode elektromagnetik ini biasanya digunakan untuk metode elektromagnetik. Metode elektromagnetik ini biasanya digunakan untuk eksplorasi benda-benda konduktif. Kegunaan metode elektromagnetik ini yaitu untuk eksplorasi benda-benda konduktif. Kegunaan metode elektromagnetik ini yaitu untuk menentukan kontras konduktivitas bawah permukaan berdasarkan perubahan dalam menentukan kontras konduktivitas bawah permukaan berdasarkan perubahan dalam kualitas air tanah dan tipe tanah dan batuan. Perubahan komponen-komponen medan kualitas air tanah dan tipe tanah dan batuan. Perubahan komponen-komponen medan akibat variasi konduktivitas dimanfaatkan untuk menentukan s
akibat variasi konduktivitas dimanfaatkan untuk menentukan s truktur bawah permukaan.truktur bawah permukaan. Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja, seperti Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja, seperti dengan membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi, pengukuran dengan membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi, pengukuran semacam
semacam ini disini disebut tebut teknik pengukuran eknik pengukuran aktif. aktif. Contoh metode Contoh metode ini adalah ini adalah TuramTuram elektromagnetik. Metode ini kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarnya elektromagnetik. Metode ini kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarnya sumber yang dibuat.
sumber yang dibuat.
Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif, yaitu dengan Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif, yaitu dengan memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang tidak secara memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang tidak secara sengaja dibangkitkan di sekitar daerah pengamatan. Gelombang elektromagnetik seperti sengaja dibangkitkan di sekitar daerah pengamatan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 Khz) yang digunakan ini berasal dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 Khz) yang digunakan untuk kepentingan navigasi kapal selam. Teknik ini lebih praktis dan mempunyai untuk kepentingan navigasi kapal selam. Teknik ini lebih praktis dan mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang
jangkauan daerah pengamatan yang luas.luas.
Prinsip pemanfaatan gelombang elektromagnetik untuk keperluan eksplorasi Prinsip pemanfaatan gelombang elektromagnetik untuk keperluan eksplorasi bawah
bawah permukaan permukaan adalah adalah dengan dengan memancarkan memancarkan sumber sumber gelombang gelombang primer primer ke ke dalamdalam tanah. Bila di bawah permukaan ada lapisan yang bersifat sebagai konduktor terhadap tanah. Bila di bawah permukaan ada lapisan yang bersifat sebagai konduktor terhadap gelombang elektromagnetik maka konduktor ini akan terinduksi, sebagai akibatnya gelombang elektromagnetik maka konduktor ini akan terinduksi, sebagai akibatnya muncullah arus induksi di dalam konduktor tersebut yang kemudian dapat berfungsi muncullah arus induksi di dalam konduktor tersebut yang kemudian dapat berfungsi sebagai sumber gelombang sekunder. Karena ada medan gelombang primer dan medan sebagai sumber gelombang sekunder. Karena ada medan gelombang primer dan medan gelombang sekunder maka diantena penerima terjadilah interferensi antara keduanya. gelombang sekunder maka diantena penerima terjadilah interferensi antara keduanya.
Perbedaan fasa antara gelombang primer dan gelombang sekunder menjadi salah satu besaran fisis yang menarik untuk dianalisa.
Keuntungan dari metode elektromagnetik antara lain mobilitas yang tinggi, resolusi dan penafsiran data cepat di lapangan, aksesibilitas yang tinggi, dan sangat efektif dalam analisa dari konduktivitas tinggi. Sedangkan kekurangan dari metode elektomagnetik antara lain mudah dipengaruhi oleh permukaan atau sumber-sumber da ya bawah permukaan dan resolusi vertikal kurang dibandingkan metode lain.
2. Metode Geolistrik ( El ectri cal Resi sti vity )
Metoda ini menggunakan medan potensial listrik bawah permukaan sebagai objek pengamatan utamanya. Kontras resistivity yang ada pada batuan akan mengubah potensial listrik bawah permukaan tersebut sehingga bisa kita dapatkan suatu bentuk
anomali dari daerah yang kita amati.
Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik didalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi.
Pada metode geolistrik tahanan jenis ini, arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua elektroda arus. Kemudian beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektroda yang berbeda kemudian dapat diturunkan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan di bawah titik ukur (sounding point). Metoda ini lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal, jarang memberikan informasi lapisan dikedalaman lebih dari 1000 feet atau 1500 feet.
Gambar 2. Contoh hasil survey menggunakan metode geolistrik resistivity
Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda arus, dikenal beberapa jenis metode resistivitas tahanan jenis, antara lain :
a. Metoda Wenner b. Metoda Gradien
c. Metoda Schlumberger d. Metoda Dipole-dipole e. Metoda Pole-dipole
3. Gr ound Penetratin g Radar ( GPR )
Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan metode geofisika dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk mendeteksi objek yang terkubur di dalam tanah dan mengevaluasi kedalaman objek tersebut. GPR juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi dan karakteristik permukaan bawah tanah tanpa mengebor ataupun menggali tanah. Sistem GPR terdiri atas pengirim (transmitter), yaitu antena yang terhubung ke sumber pulsa (generator pulsa) dengan adanya pengaturan timing circuit, dan bagian penerima (receiver), yaitu antena yang terhubung ke LNA dan ADC yang kemudian terhubung ke unit pengolahan (data processing) serta display sebagai tampilan outputnya.
Pada dasarnya GPR bekerja dengan memanfaatkan pemantulan sinyal. Semua sistem GPR pasti memiliki rangkaian pemancar (transmitter ), yaitu sistem antena yang terhubung ke sumber pulsa, dan rangkaian penerima (receiver ), yaitu sistem antena yang terhubung ke unit pengolahan sinyal. Rangkaian pemancar akan menghasilkan pulsa listrik dengan bentuk, prf ( pulse repetition frequency), energi, dan durasi tertentu. Pulsa ini akan dipancarkan oleh antena ke dalam tanah. Pulsa ini akan mengalami atenuasi dan cacat sinyal lainnya selama perambatannya di tanah. Jika tanah bersifat homogen, maka sinyal yang dipantulkan akan sangat kecil. Jika pulsa menabrak suatu inhomogenitas di dalam tanah, maka akan ada sinyal yang dipantulkan ke antena penerima. Sinyal ini kemudian diproses oleh rangkaian penerima. Kedalaman objek dapat diketahui dengan mengukur selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa. Dalam selang waktu ini, pulsa akan bolak balik dari antena ke objek dan kembali lagi ke antena. Jika selang waktu dinyatakan dalam t, dan kecepatan propagasi gelombang elektromagnetik dalam tanah v, maka kedalaman objek yang dinyatakan dalam h adalah
Untuk mengetahui kedalaman objek yang dideteksi, kecepatan perambatan dari gelombang elektromagnetik haruslah diketahui. Kecepatan perambatan tersebut tergantung kepada kecepatan cahaya di udara, konstanta dielektrik relative medium perambatan :
Berikut ini adalah gambaran ilustrasi prinsip kerja Ground Penetrating Radar ( GPR ) :
Gambar 4. Ilustrasi prinsip kerja GPR
Gambar 5. Ilustrasi prinsip kerja GPR 4. Seismik Refr acti on dan Seismik Reflection
Metoda seismik adalah salah satu metoda eksplorasi yang didasarkan pada pengukuran respon gelombang seismik (suara) yang dimasukkan ke dalam tanah dan kemudian direleksikan atau direfraksikan sepanjang perbedaan lapisan tanah atau batas- batas batuan. Sumber seismik umumnya adalah palu godam (sledgehammer) yang dihantamkan pada pelat besi di atas tanah, benda bermassa besar yang dijatuhkan atau ledakan dinamit. Respons yang tertangkap dari tanah diukur dengan sensor yang disebut geofon, yang mengukur pergerakan bumi.
Metode seismik merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukuran dilakukan dengan
menggunakan sumber seismic (palu, ledakan, dll). Setelah usikan diberikan, terjadi gerakan gelombang di dalam medium (tanah/batuan) yang memenuhi hukum-hukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pemantulan ataupun pembiasan akibat munculnya perbedaan kecepatan. Kemudian, pada suatu jarak tertentu, gerakan partikel tersebut di rekam sebagai fungsi waktu. Berdasar data rekaman inilah dapat diperkirakan bentuk lapisan/struktur di dalam tanah.
Terdapat dua macam metoda dasar seismik yang sering digunakan, yaitu seismik refraksi dan seismik refleksi.
a. Seismik refraksi (bias)
Metoda seismik refraksi mengukur gelombang datang yang dipantulkan sepanjang formasi geologi di bawah permukaan tanah. Peristiwa refraksi umumnya terjadi pada muka air tanah dan bagian paling atas formasi bantalan batuan cadas. Grafik waktu datang gelombang pertama seismik pada masing-masing geofon memberikan informasi mengenai kedalaman dan lokasi dari horison-horison geologi ini. Informasi ini kemudian digambarkan dalam suatu penampang silang untuk menunjukkan kedalaman dari muka air tanah dan lapisan pertama dari bantalan batuan cadas.
Gambar 6. Geometri Metode Seismik Reflection
Seismik bias dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada tanah/batuan dari posisi sumber ke penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah usikan pertama (first break) diabaikan, sehingga sebenarnya hanya data first break saja yang dibutuhkan. Parameter jarak (offset) dan
waktu jalar dihubungkan oleh sepat rambat gelombang dalam medium. Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal sebagai parameter elastisitas.
b. Seismik refleksi
Metoda seismik refleksi mengukur waktu yang diperlukan suatu impuls suara untuk melaju dari sumber suara, terpantul oleh batas-batas formasi geologi, dan kembali ke permukaan tanah pada suatu geophone. Refleksi dari suatu horison geologi mirip dengan gema pada suatu muka tebing atau jurang.Metoda seismic repleksi banyak dimanfaatkan untuk keperluan Explorasi perminyakan, penetuan sumber gempa ataupun mendeteksi struktur lapisan tanah.
Seismic refleksi hanya mengamati gelombang pantul yang datang dari batas- batas formasi geologi. Sedangkan dalam seismik pantul, analisis dikonsentrasikan pada energi yang diterima setelah getaran awal diterapkan. Secara umum, sinyal yang dicari adalah gelombang-gelombang yang terpantulkan dari semua interface antar lapisan di bawah permukaan. Analisis yang dipergunakan dapat disamakan dengan echo sounding pada teknologi bawah air, kapal, dan sistem radar. Informasi tentang medium juga dapat diekstrak dari bentuk dan amplitudo gelombang pantul yang direkam. Struktur bawah permukaan dapat cukup kompleks, tetapi analisis yang dilakukan masih sama dengan seismik bias, yaitu analisis berdasar kontras parameter elastisitas medium.
Perbandingan metode seismik dengan metode geofisika lainnya antara lain sebagai
berikut :
Keunggulan :
1. Dapat mendeteksi variasi baik lateral maupun kedalaman dalam parameter fisis yang relevan, yaitu kecepatan seismik.
2. Dapat menghasilkan citra kenampakan struktur di bawah permukan
3. Dapat dipergunakan untuk membatasi kenampakan stratigrafi dan beberapa kenampakan pengendapan.
4. Respon pada penjalaran gelombang seismik bergantung dari densitas batuan dan konstanta elastisitas lainnya. Sehingga, setiap perubahan konstanta tersebut (porositas, permeabilitas, kompaksi, dll) pada prinsipnya dapat diketahui dari metode seismik.
5. Memungkinkan untuk deteksi langsung terhadap keberadaan hidrokarbon
Kelemahan :
1. Banyaknya data yang dikumpulkan dalam sebuah survei akan sangat besar jika diinginkan data yang baik
2. Perolehan data sangat mahal baik akuisisi dan logistik dibandingkan dengan metode geofisika lainnya.
3. Reduksi dan prosesing membutuhkan banyak waktu, membutuhkan komputer mahal dan ahli-ahli yang banyak.
4. Peralatan yang diperlukan dalam akuisisi umumnya lebih mahal dari metode geofisika lainnya.
5. Deteksi langsung terhadap kontaminan, misalnya pembuangan limbah, tidak dapat dilakukan.
5. Metode Gravity ( Gaya Berat )
Secara umum metoda gaya berat merupakan metoda geofisika yang mengukur variasi gaya berat (gravitational) di bumi. Metoda ini jarang digunakan pada tahapan lanjut eksplorasi bijih, namun cukup baik digunakan untuk mendefinisikan daerah target spesifik untuk selanjutnya disurvei dengan metoda-metoda geofisika lain yang lebih detil.
Adanya variasi medan gravitasi bumi ditimbulkan oleh adanya perbedaan rapat massa (density) antar batuan. Adanya suatu sumber yang berupa suatu massa (masif, lensa, atau bongkah besar) di bawah permukaan akan menyebabkan terjadinya gangguan medan gaya berat (relatif). Adanya gangguan ini disebut sebagai anomali gaya berat. Karena perbedaan medan gayaberat ini relatif kecil maka diperlukan alat ukur yang mempunyai ketelitian yang cukup tinggi. Alat ukur yang sering digunakan adalah Gravimeter. Alat pengukur gayaberat di darat telah mencapai ketelitian sebesar ±0.01 mGal dan di laut sebesar ±1 mGal.
6. Metode Magnetic
Metode dilakukan dengan berdasarkan pada hasil pengukuran anomaly geomagnet yang diakibatkan oleh perbedaan kontras suseptibilitas, atau permeabilitas magnetik tubuh cebakan dari daerah di sekelilingnya. Perbedaan permeabilitas relatif itu diakibatkan oleh perbedaan distribusi endapan ferromagnetic, paramagnetic, dan diamagnetic.
Metode magnetik didasarkan pada pengukuran variasi intensitas medan magnetik di permukaan bumi yang disebabkan oleh adanya variasi distribusi benda termagnetisasi di bawah permukaan bumi. Variasi yang terukur (anomali) berada dalam latar belakang medan yang relatif besar. Variasi intensitas medan magnetik yang terukur kemudian ditafsirkan dalam bentuk distribusi bahan magnetik di bawah permukaan, yang kemudian dijadikan dasar bagi pendugaan keadaan geologi yang mungkin. Metode magnetik memiliki kesamaan latar belakang fisika dengan metode gravitasi, kedua metode sama-sama berdasarkan kepada teori potensial, sehingga keduanya sering disebut sebagai metoda potensial.
Kelebihan metode magnetic yaitu cakupan area secara cepat, mobilitas yang tinggi, serta resolusi dan penafsiran data lapangan terpercaya. Sedangkan kekurangannya yaitu pendeteksian tergantung atas ukuran, kedalaman dari kandungan besi dari objek tertanam serta resolusi data sulit dalam area pemukiman.
7. Geophysical Well L oggin g
Logging geofisik untuk eksplorasi batubara dirancang tidak hanya untuk mendapatkan informasi geologi, tetapi untuk memperoleh berbagai data lain, seperti kedalaman, ketebalan dan kualitas lapisn batubara, dan sifat geomekanik batuan yang menyrtai penambahan batubara.
Dari sekian banyak prinsip logging yang ada, yang paling sering digunakan adalah resistansi listrik, kecepatan gelombang elastis dan radioaktif. Untuk eksplorasi batubara, logging densitas adalah yang paling efektif dan kombinasi logging densitas dan sinar gama adalah yang direkomendasi untuk menentukan sifat geologi sekitar lapisan batubara. Setiap logging mempunyai keistimewaannya masing-masing, oleh karena itu
lebih baik melakukan kombinasi logging untuk analisa menyeluruh.
Geofisika Well Logging merupakan suatu metode geofisika yang dapat memberikan informasi bawah permukaan yang meliputi karakteristik litologi, ketebalan lapisan, kandungan fluida, korelasi struktur, dan kontinuitas batuan dari lubang bor (Gordon H., 2004).
Prinsip dari Gamma Ray Log adalah perekaman radioaktivitas alami bumi, dimana sinar gamma mampu menembus batuan dan dideteksi oleh sensor sinar gamma yang umumnya berupa detektor sintilasi. Setiap Gamma Ray log yang terdeteksi akan menimbulkan pulsa listrik pada detektor.
Parameter yang terekam adalah jumlah pulsa yang tercatat per satuan waktu (cacah GR). Radioaktivitas gamma ray berasal dari 3 unsur radioaktif yang ada dalam batuan yaitu Thorium, Uranium, dan Potasium, yang secara kontinu memancarkan sinar
gamma dalam bentuk pulsa
–
pulsa energi radiasi tinggi.Tingkat radiasi shale (serpih) lebih tinggi dibandingkan batuan lain karena unsur
–
unsur radioaktif cenderung mengendap di lapisan serpih yang tidak permeabel, hal initerjadi selama proses perubahan geologi batuan.
Log Gamma Ray diskala dalam satuan API (American Petroleum Institute), satu GAPI = 1/200 dari tanggapan yang didapat dari kalibrasi standar suatu formasi tiruan yang berisi Thorium, Uranium, dan Potasium dengan kuantitas yang diketahui dengan tepat. Log Gamma ray biasanya ditampilkan pada kolom pertama bersama
–
sama kurva Kaliper dan SP, biasanya diskala dari kiri ke kanan dalam 0-100 atau 0-150 GAPI.DAFTAR PUSTAKA :
Pryono Awali, 2 Maret 2000, Metode Seismik Dalam Usaha Pendeteksian Reservoir Minyak dan Gas Bumi (Penerapan Metode AVO), Jurusan Metereologi dan Geofisika F-MIPA ITB
Supriyanto, 2007, Analisis Data Geofisika: Memahami Teori Inversi, Edisi 1, Departemen Fisika-FMIPA, Universitas Indonesia, 2007.
Azhar dan Gunawan Handayani, 2004, Penerapan Metode Geolistrik Konfigurasi Schulemberger Untuk Penentuan Tahanan Jenis Batubara, Jurnal Natur Indonesia, hal 122-126.
Broto, Sudaryo, 2008, Pengolahan Data Geolistrik dengan Metode Schulemberger, Jurnal Teknik, Vol. 29, No.2.
Joenil Kahar, 1990, Potensial Gayaberat Dalam Penentuan Bentuk dan Besar Bumi, KontribusiFisika Indonesia, vol.1, no.2A, Bandung.
