BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Sejarah Pembentukan Medan Magnet Bumi
Terjadinya medan magnet di bumi masih belum sepenuhnya terjawab, meskipun telah dikemukakan beberapa hipotesa dan teori yang menarik. Pada prinsipnya adalah perbedaan fasa dan kecepatan perputaran antara inti dalam dan inti luar, yang menimbulkan proses magneto hidrodinamis. Beberapa hal yang harus dijelaskan berkaitan dengan medan magnet bumi antara lain:
(1) mempunyai dua kutub yang letaknya berdekatan dengan kutub geografi;
(2) memperlihatkan variasi yang tidak teratur, baik dalam posisi maupun polaritas;
(3) variasi-variasi tersebut tidak bersangkutan dengan kerak bumi, jadi asalnya haruslah jauh di dalam bumi.
Pandangan yang banyak diterima, mula-mula diajukan oleh seorang Perancis, Ampere, pada tahun 1820 menyatakan bahwa medan arus listrik dalam bumi mirip dengan yang terjadi pada sekitar kawat yang dialiri arus listrik. Untuk mempertahankan arus listrik tersebut haruslah ada mekanisme yang menimbulkannya. Inti yang kaya akan unsur besi dan nikel, yang merupakan konduktor listrik yang baik dan bagian luar inti yang cair memungkinkan sebagai gerak mekanik untuk muatan listrik.
W.M. Elasser seseorang ahli fisika, pada tahun 1939 mengemukakan hipotesa dinamo. Interaksi gerak dan arus listrik di dalam inti bagian luar dapat menyebabkan dan mempertahankan medan magnet. Goyangan sumbu perputaran bumi bersama dengan efek Coriolis (penyimpangan arah gerak yang seharusnya akibat perputaran bumi) yang menggerakkan dinamo tersebut. Medan magnet bumi merupakan akibat langsung dari gerakan-gerakan inti. Dan perputaran bumi mempengaruhi orientasi dan kuat medan magnet bumi.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 1.1. Medan Magnet Bumi (ceritadunia.blogspot.com)
1.2 Sejarah Perkembangan
Metode magnetik pada dasarnya adalah memetakan gangguan lokal pada medan magnetik bumi yang disebabkan oleh variasi kemagnetan batuan. Metode ini adalah metode geofisika tertua yang dikenal oleh manusia. Sejarah metode ini dimulai dari kompas magnetik yang pertama ditemukan di Cina ± 3000 tahun yang lalu. Kemudian pada tahun 1600, William Gilbert mempublikasikan esai “de Magnete” yang menyatakan bahwa bumi adalah sebuah magnet. Karl Frederick Gauss menyimpulkan dari analisis matematika bahwa medan magnetik berhubungan dengan sebuah sumber di bumi dan hubungannya dengan rotasi bumi.
Dalam perkembangannya medan magnetik bumi telah digunakan dalam eksplorasi bijih besi sejak tahun 1879 ketika sebuah kompas digunakan dalam eksplorasi di Swedia. Alat Magnetometer pertama kali diciptakan dan digunakan pada Perang Dunia II untuk mendeteksi kapal selam. Saat ini metode magnetik merupakan salah satu metode geofisika yang paling banyak digunakan orang karena selain mudah penggunaannya juga murah pemakaiannya.
1.3 Paleomagnetism
Paleomagnetisme adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat kemagnetan bumi yang merekam dalam batuan pada waktu pembentukanya. Untuk batuan beku, kemagnetan mulai terekam pada saat proses pendingin magma melewati titik beku dimana mineral-mineral bersifat magnet terinduksi oleh medan magnet bumi. Dalam suatu studi paleomagnet untuk mengetahui arah medan magnet bumi pada saat batuan beku terbentuk, syaratnya adalah mengetahui terlebih dahulu kemiringan tubuh tersebut yang terjadi setelah pembekuan. Umumnya tubuh batuan beku mengalami perubahan kemiringan saat terjadi gaya 15 kompresi, seperti perlipatan. Seringkali kemiringanya ditentukan dari lapisan batuan sedimen yang diterobosnya. Struktur aliran lava atau lubang gas (amygdaloidal) dipakai untuk menentukan kemiringan awal lava dimana dianggap subhorisontal. Hal ini tidak berlaku mutlak karena lava mengalir melalui morfologi yang bervariasi. Batuan sedimen paling ideal untuk studi paleomagnet, tidak saja karena perlapisanya dapat diamati, tapi juga karena proses pembentukanya relatif lama. Arah kemagnetan yang diperoleh dari batuan sedimen terjadi karena butiran mineral bersifat magnet hasil rombakan batuan mengalami penjajaran mineral saat diendapkan (Santoso, 1998). Pada prinsipnya, dalam penyelidikan magnet selalu dianggap bahwa kemagnetan batuan yang memberikan respon terhadap pengukuran magnet hanya disebabkan oleh pengaruh kemagnetan induksi. Dengan demikian, sifat kemagnetan ini dipergunakan sebagai dasar dalam penyelidikan-penyelidikan magnet. Sedangkan kemagnetan sisa pada umumnya seringkali diabaikan dalam penyelidikan magnet karena disamping pengaruhnya sangat kecil, juga untuk memperoleh besaran dan arah kemagnetannya harus dilakukan pengukuran di laboratorium paleomagnetik dengan menggunakan alat khusus. Perubahan yang terjadi pada kuat medan magnet bumi adalah sangat kecil dan memerlukan waktu yang sangat lama mencapai ratusan sampai ribuan tahun.
Oleh karena itu, dalam waktu penyelidikan magnet, kuat medan magnet tersebut selalu dianggap konstan. Dengan menganggap kuat medan magnet bumi ( H ) adalah konstan, maka besarnya intensitas magnet bumi ( I ) 16 semata-mata adalah hanya tergantung pada variasi kerentanan magnet batuan yang merefleksikan harga pengukuran magnet. Prinsip inilah yang digunakan sebagai dasar dalam penyelidikan magnet (Telford, 1990).
3 Laboratorium Geofisika Eksplorasi
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
1.4 Metode Geomagnetik
Metode Geomagnetik merupakan salah satu metode geofisika yang sering digunakan untuk survei pendahuluan pada eksplorasi minyak bumi, panas bumi, batuan mineral, maupun untuk keperluan pemantauan (monitoring) gunungapi.
Metode ini mempunyai akurasi pengukuran yang relatif tinggi, instrumentasi dan pengoperasian di lapangan relatif sederhana, mudah dan cepat jika dibandingkan dengan metode geofisika lainnya. Koreksi pembacaaan praktis tidak perlu dilakukan.
Pada umumnya peta anomali medan magnetik (untuk geofisika terapan biasanya medan total atau medan vertikal) bersifat agak kompleks. Variasi medan lebih tak menentu dan terlokalisir sebagai akibat dari medan magnetik dipole yang merupakan besaran vektor. Peta anomali magnetik menunjukkan sejumlah besar anomali residu yang merupakan hasil variasi yang besar bagian mineral magnetik yang terkandung dalam batuan dekat permukaan. Sebagai akibat dari hal-hal tersebut di atas, maka interpretasi yang tepat dalam metode geomagnetik relatif lebih sulit.
1.5 Tujuan
1. Mampu mengaplikasikan teori-teori pada metode geomagnetic.
2. Mempelajari adanya kemagnetan batuan atau mineral di bawah permukaan bumi.
3. Melakukan akuisisi metode geomagnetik secara langsung di lapangan.
4. Mampu melakukan pengolahan data geomagnetik dari hasil pengukuran sampai pembuatan pemodelannya.
5. Mampu melakukan interpretasi berdasarkan data anomali geomagnetik untuk mengetahui kondisi bawah permukaan.
6. Mampu mengintegrasikan data geomagnetik dengan data lain sehingga hasil yang didapatkan dapat sesuai dengan keadaan geologi sebenarnya.
BAB II DASAR TEORI
II.1 Pengertian Metode Magnetik
Metode Geomagnet merupakan salah satu metode geofisika yang paling tua digunakan oleh manusia dalam menemukan jenis-jenis yang tersembunyi di bawah permukaan bumi dengan memanfaatkan sifat kemagnetan batuan. Bumi dipandang sebagai dipole (kutub utara dan selatan magnetik) yang mempunyai medan magnet tidak konstan, artinya besar medan magnet tersebut berubah terhadap waktu. Hal ini terjadi karena adanya pembalikan kutub magnetik bumi. Pada waktu tertentu kutub positif berubah menjadi kutub negatif. Pada saat perubahan kutub –kutub tersebut dalam selang waktu tertentu harus melalui kondisi netral. Pada metode Geomagnet hasil yang ditunjukkan berupa anomali sisa berupa variasi besaran yang mengandung fraksi mineral magnetik pada batuan dekat permukaan.
II.2 Konsep Dasar Metode Magnetik II.2.1 Gaya Magnetik
Dalam kemagnetan dikenal dua jenis muatan, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Kedua muatan ini memenuhi hukum Coloumb. Muatan atau kutub yang berlawanan jenis akan tarik menarik sedangkan muatan yang sejenis akan tolak menolak dengan gaya F. Dasar dari metode magnetik adalah gaya Coloumb antara dua kutub magnetik m1 dan m2 yang terpisah sejauh r dalam bentuk
Gambar 2.1. Gaya magnetik antara 2 muatan.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
⃗⃗⃗ =
(2.1)dengan μ adalah permeabilitas magnetik. Sebagai catatan permeabilitas magnetik di dalam ruang hampa adalah 4 x 10-7 w / A.m. F adalah gaya Coloumb (N), m1 dan m2 kuat kutub magnet (A/m) dan r adalah jarak kedua kutub (m).
II.2.2 Kuat Medan Magnet
Kuat medan magnet adalah besarnya medan magnet pada suatu titik dalam ruang yang timbul sebagai akibat dari sebuah kutub m yang berada sejauh r dari titik tersebut. Kuat medan H didefinisikan gaya persatuan kutub magnet, dapat ditulis sebagai
Gambar 2.2. Kuat medan magnetik pada partikel bermassa m2
⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗
Keterangan :
⃗⃗⃗⃗ = Kuat Medan Magnet (A/m) ⃗⃗⃗ = Gaya Coulumb (N)
= Permeabilitas magnet (w/A.m) r = Jarak (m)
(2.2)
II.2.3 Momen Magnetik
(2.3)
Keterangan :
m = Momen Magnetik ( A.m2) i = Arus Listrik (A)
Area = Area Penampang (m2)
Magnetisasi merupakan tingkat kemampuan untuk di searahkan momen- momen dipol magnetiknya oleh medan magnetik luar.Suatu bahan yang bersifat magnetik berada dalam pengaruh kuat medan magnet luar maka bahan tersebut akan termagnetisasi. Besaran dari magnetisasi ini sebanding dengan momen magnetik per volume.
I = k . H
(2.4)Keterangan :
I = Momen Magnetik Persatuan Volume (Am2/m3) k = Suseptibiltas
H = Kuat Medan Magnet (A/m)
Magnetisasi yang dihasilkan sebanding dengan kuat medan yang mempengaruhinya yang bergantung pada nilai suseptibilitas magnetik (k) medium tersebut.
II.2.4 Induksi Magnetik
Sebuah penghantar dialiri arus listrik maka di sekitar kawat tersebut akan timbul medan magnet. Hal ini pertama kali dikemukakan oleh seorangilmuan yang bernama Hans Chrisitan Oersted (1777 – 1851) melalu percobaannya yang dikenal dengan percobaan Oersted.Berdasarkan hasil percobaan, Oersted menyimpulkan bahwa di sekitar arus listrik terdapat medan magnet atau perpindahan muatan listrik menimbulkan medan magnet.Benda magnet dapat dipandang sebagai sekumpulan dari sejumlah momen-momen magnetik. Bila benda magnetik tersebut diletakkan dalam medan luar, benda tersebut menjadi termagnetisasi karena induksi.
Arah garis-garis medan magnet atau arah induksi magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik tersebut dapat ditentukan dengan Kaidah Tangan Kanan. Jika arah
7 Laboratorium Geofisika Eksplorasi
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
ibu jari menunjukkan arah arus listrik maka arah lipatan jari lainnya menunjukkan arah medan magnet atau arah induksi magnet.
II.2.5 Intensitas Kemagnetan
Intensitas kemagnetan M adalah tingkat kemampuan menyearahnya momen- momen magnetik dalam medan magnet luar, atau didefinisikan sebagai momen magnet persatuan volume :
M = m / V (2.5)
Keterangan :
M = Intensitas Magnet (A/m) m = Momen Magnet (Am2) V = Volume (m3)
Gambar 2.3. Momen magnetik pada partikel-partikel benda magnetik yang termagnetisasi
Secara praktis magnetisasi akibat induksi ini kebanyakan meluruskan dipole- dipole material magnet, sehingga sering disebut sebagai polarisasi magnet. Bila besarnya konstan dan arahnya sama, maka dikatakan benda termagnetisasi secara uniform.
II.2.6 Suseptibilitas Kemagnetan
Tingkat suatu benda magnetik untuk mampu dimagnetisasi ditentukan oleh suseptibilitas kemagnetan atau k yang ditulis sebagai :
M k . H Keterangan :
k = suseptibilitas batuan M = Intensitas Magnet (A/m) H = Kuat Medan Magnet (A/m)
(2.6)
Besaran yang tidak berdimensi ini merupakan parameter dasar yang digunakan dalam metode magnetik. Harga k pada batuan semakin besar apabila dalam batuan tersebut banyak dijumpai mineral-mineral yang berisifat magnetik.
Faktor yang mempengaruhi harga supseptibilitas batuan adalah 1. Litologi batuan
2. Kandungan mineral batuan
II.2.7 Fluks Magnet
Ketika listrik tercipta dari generator magnet yang digerakan dalam kumparan atau kumparan yang bergerak dalam medan magnet, pada kumparan terjadi perubahan terhadap waktu dari gaya magnetik. Besarnya gaya magnetik (B) ini bila menembus luasan bidang (A) secara tegak lurus disebut fluks magnetik.Fluk magnetik adalah ukuran total medan magnetik yang menembus bidang. secara matematis fluk maknetik didefinisikan sebagi perkalian skalar antara induksi magnetik (B) dengan luas bidang yang tegak lurus pada induksi magnetik tersebut.
Gambar 2.4. Fluks Magnet (https://edisutoto.wordpress.com)
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
f = B A cos q (2.7)
Keterangan:
f = fluks magnetik (weber) B = induksi magnetic (w/m2)
A = luas bidang yang ditembus garis gaya magnetic (m2) q = sudut antara arah garis normal bidang A dan arah B
II.2.8 Permeabilitas Magnet
Permeabilitas (permeability) adalah kemampuan suatu benda untuk dilewati garis gaya magnet. Permeabilitas dinyatakan dengan simbulµ (mu). Benda yang mudah dilewati garis gaya magnet disebut memiliki permeabilitas tinggi.
Pemeabilitas udara dan ruang hampa dianggap sama dengan satu. Untuk benda-benda yang lain, besarnya permeabilitas ditentukan dengan perbandingan terhadap udara atau ruang hampa, didapatkan permeabilitas relatif (relative permeability). Nilai permeabilitas untuk udara adalah µo = 4π x 10-7 atau 1,26 x 10-6. Untuk menghitung µ, nilai permeabilitas relatif µr harus dikalikan dengan permeabilitas udara µo, sebagaimana rumus di bawah ini.
= µr µo (2.8)
Keterangan:
µ = permeabilitas suatu benda µ r = permeabilitas relatif
µ o = permeabilitas udara
II.2.9 Gaya Lorentz
Apabila kawat di aliri arus listrik maka akan terdapat medan magnet di sekitarnya. Bila penghantar berarus di letakan di dalam medan magnet, maka pada penghantar akan timbul gaya. Gaya ini di sebut dengan gaya Lorentz. Gaya lorentz adalah gaya yang di sebakan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet B.
Sehingga dapat di simpulkan bahwa gaya lorentz dapat timbul dengan adanya : 1. Kawat penghantar yang di aliri arus
10 Laboratorium Geofisika Eksplorasi
Gambar 2.5. Kaidah Tangan Kanan (http://ujiansma.com) Gaya Lorentz yang di timbulkan oleh arus listrik I, dalam medan magnet (B), rumusnya akan terlihat sebagai berikut :
F = I x ι x B (2.9)
Keterangan:
F = Gaya atau Force (Newton ) I = Arus listrik (Ampere)
B = Vektor medan magnet (Tesla)
ι = Vektor yang besarnya sama dengan panjang kawat dan arahnya merupakan arah arus I ( meter)
II.2.10 Hukum Lenz
“Jika ggl induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan)”
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 2.6. Hukum Lenz (http://perpustakaancyber.blogspot.com)
Untuk lebih memahami hukum Lenz, perhatikan gambar diatas. Ketika kedudukan magnet dan kumparan diam, tidak ada perubahan fluks magnet dalam kumparan. Tetapi ketika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik. Dengan demikian pada kumparan akan timbul fluks magnetik yang menentang pertambahan fluks magnetik yang menembus kumparan. Oleh karena itu, arah fluks induksi harus berlawanan dengan fluks magnetik. Dengan demikian fluks total yang dilingkupi kumparan selalu konstan.
Begitu juga pada saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akan terjadi pengurangan fluks magnetik dalam kumparan, akibatnya pada kumparan timbul fluks induksi yang menentang pengurangan fluks magnet, sehingga selalu fluks totalnya konstan. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan yaitu jika arah ibu jari menyatakan arah induksi magnet maka arah lipatan jari-jari yang lain menyatakan arah arus.
II.2.11 Kurva Hysteresis
Hysteresis berarti tertinggal, yaitu fluks magnet tertinggal oleh kenaikan atau penurunan gaya magnetisasi. Bila arus di dalam suatu kawat kumparan berbolak- balik ratusan kali tiap detik, hysteresis yang dapat menyebabkan kehilangan energi.
Kurva histeresis dapat menunjukkan adanya pengaruh “ magnetic histories ” pada medium ferromagnetik, dengan mengubah kuat medan luar dan mengamati induksi
magnetic yang muncul. Ketika kuat medanmagnet menjadi nol, ternyata induksi magnetnya tidak serta merta menjadi nol. Agar induksi magnetisasi menjadi nol, maka diperlukan medan magnet yang berlawanan arah.
Arah arus yang berbalik menyebabkan berbaliknya arah medan magnet dari +H menjadi –H. Demikian juga kerapatan fluks juga mengalami polaritas terbalik menjadi +B atau –B. Arus berawal dari pusat 0 (nol) ketika bahan tidak mendapat pengaruh kemagnetan. Garis putus-putus pada gambar di bawah ini menunjukkan kurva magnetisasi. Nilai positip dari H menaikkan B menuju saturasi pada +Bmax. Kemudian H turun menjadi 0, tetapi B tidak menjadi 0, turun pada hanya sampai nilai Br . Hal ini disebabklan karena adanya hysteresis. Sekarang arus yang menyebabkan magnetisasi arahnya dibalik sehingga H menjadi negatif. B turun ke 0 (nol) dan berlanjut ke -Bmax. Kemudian bila nilai –H turun, B juga turun dan nilai B menjadi berkurang menjadi -Br saat H bernilai 0. Dengan kenaikan arus positip, dihasilkan nilai saturasi +Bmax lagi. Sekarang jerat hysteresis sudah komplit.
Kurva tidak kembali ke 0 (nol) pada pusatnya karena hysteresis.
Gambar 2.7. Kurva Hysteresis (Morris, Alan S. 2001)
Nilai +Br atau -Br yang tersisa bila gaya kemagnetan nol (H=0), disebut retentivitas (retentivity) dari bahan magnetik. Nilai -Hc yang membuat kerapatan fluks menjadi nol (B=0), disebut gaya koersif (coercive force) dari bahan magnetik.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
II.2.12 Remanensi
Dalam survei dengan metode magnetik yang menjadi target dari pengukuran adalah variasi medan magnetik yang terukur dipermukaan (anomaly magnetik).
Secara garis besar, anomali medan magnetik disebabkan oleh medan magnetik remanen dan medan magnetik induksi. Medan magnetik remanen mempunyai peranan besar terhadap magnetisasi batuan yaitu pada besar dan arah medan magnetiknya serta berkaitan dengan peristiwa kemagnetan sebelumnya sehingga sangat rumit untuk diamati. Ada beberapa tipe remanen magnetik, yaitu :
a. TRM (Thermo Remanent Magnetik)
Proses ini terjadi akibat pendinginan dari suhu tinggi, umumnya terbentuk pada magma yang keluar dari perut bumi dan kemudian membeku, cepat lambatnya magma tersebut membeku mempengaruhi sifat kemagnetan batuan tersebut. sifat kemagnetan ini akan hilang jika dipanaskan melebihi suhu currie (>6000°C).
b. IRM (Ishothermal Remanent Magnetik)
Pada proses ini terjadi tanpa adanya perubahan temperatur yang signifikan. Gaya magnetisasi ini bekerja dalam waktu yang singkat, misalnya batuan tersebut terkena sambaran petir, sehingga menyebabkan adanya sifat magnet pada batuan itu.
(Syamsu Rosid, 2008).
c. VRM (Viscous Remanent Magnetik)
Proses ini terjadi akibat adanya pengaruh medan magnet yang lemah, namun berlangsung dalam kurun waktu yang sangat lama. Sehingga membuat arah spin magnet dan spin elektron menjadi searah secara perlahan-lahan dan menimbulkan sifat magnet pada batuan secara perlahan.
d. DRM (Detrital / Depositional Remanent Magnetik)
Proses ini umumnya terjadi pada batuan sedimen, batuan sedimen terbentuk dari serpihan batuan-batuan yang berukuran kecil, sehingga pada daerah tertentu butiran batuan kecil tersebut terakumulasi dan mengalami kompaksi akibat gaya eksogen.
Gaya eksogen ini juga berpengaruh terhadap kenaikan suhu (dibawah suhu currie).
Kenaikan suhu ini dapat membantu pembentukan sifat kemagnetan suatu batuan.
Proses ini terbentuk akibat reaksi kimia yang terjadi dibawah suhu currie. Reaksi kimia tersebut dapat mengubah arah spin magnet dan spin elektron. Dari reaksi tersebut dapat menyebabkan timbulnya dan bahkan hilangnya sifat magnetisasi suatu batuan. Anomali yang diperoleh dari survei merupakan hasil gabungan medan magnetik remanen dan induksi, bila arah medan magnet remanen sama dengan arah medan magnet induksi maka anomalinya bertambah besar. Demikian pula sebaliknya. Dalam survei magnetik, efek medan remanen akan diabaikan apabila anomali medan magnetik kurang dari 25% medan magnet utama bumi (Telford, 1976), sehingga dalam pengukuran medan magnet berlaku :
⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗
Dengan :
⃗⃗⃗⃗⃗ = medan magnet total bumi
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = medan magnet utama bumi
⃗⃗⃗⃗ = medan magnet luar
⃗⃗⃗⃗ = medan magnet anomal
II.2.13 Sifat Kemagnetan Batuan 1. Diamagnetik
Material-material dimana atom-atom pembentukannya memiliki elektron yang telah jenuh yang mana tiap elektronnya berpasangan dan mempuyai spin yang berlawanan dalam setiap pasangannya. Sehingga ketika diberikan medan magnet luar maka elektron-elektron tersebut akan berpresesi menghasilkan medan magnet baru menentang medan magnet luar. Nilai dari suseptibilitasnya negatif, sehingga intensitas induksinya aka berlawanan arah dengan gaya magnetnya atau medan polarisasi. Contohnya: batuan kuarsa, marmer, graphite, rock salt dan gypsum.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 2.8. Kurva M VS H dan posisi momen magnet dari bahan diamagnetik (Ščepka, 2016)
2. Paramagnetik
Material yang memiliki nilai suseptibilitas yang positif dan sangat kecil.
Paramagnetik muncul dalam bahan yang atom-atomnya memiliki momen magnetik yang permanen dan berinteraksi satu sama lain dengan sangat lemah.
Apabila tidak terdapat medan magnet luar momen magnetik ini akan berorientasi.
Secara acak, jika diberikan medan magnet luar maka momen magnetik ini akan cenderung menyearahkan arah momen magnetiknya dengan medan magnet luar, tetapi dilawan oleh kecenderungan momen untuk berorientasi oleh akibat gerak termalnya. Perbandingan momen yang menyearahkannya dengan medan ini bergantung pada kekuatan medan magnet luar dan temperaturnya. Nilai suseptibilitas positif dan berbanding terbalik dengan temperatur absolut. Jumlah elektron ganjil, momen magnet atomya searah dengan medan polarisasi.
Contohnya: olivine, pyroxene, amphibole dan biotit.
Gambar 2.9. Kurva M VS H dan posisi momen magnet dari bahan paramagnetik (Ščepka, 2016)
3. Ferromagnetik
Material yang memiliki banyak elektron bebas pada tiap kulit elektronnya, hal ini menyebabkan batuan ini sangat mudah berinduksi oleh medan luar, bahan ini memiliki nilai suseptibilitas positif dan besar. Pada bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat menyebabkan derajat penyearahan yang tinggi pada
momen dipole magnetik atomnya. Penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan magnet luar yang diberikan telah hilang. Hal ini dapat terjadi karena momen dipole magnetik atom dari bahan-bahan menyearahkan gaya-gaya yang kuat pada atom tetangganya sehingga dalam daerah ruang yang sempit momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat momen dipole magetik disearahkan ini disebut daerah magnetik.
Pada temperatur diatas suhu kritis yang disebut titik curie. Gerak termal acak sudah cukup besar untuk merusak keteraturan penyearahan ini pada bahan ferromagnetik berubah menjadi paramagnetik. Contohnya: besi
Gambar 2.10. Kurva M VS H dan posisi momen magnet dari bahan feromagnetik (Ščepka, 2016)
4. Ferrimagnetik
Medium ini juga hampir sama dengan medium ferromagnetik tetapi sebagian ada yg berbeda arah momen magnetiknya. Tanpa adanya pengaruh kuat medan luar, arah momen magnetik paralel dan saling berlawanan, tetapi berbeda dengan antiferromagnetik, momen paralelnya lebih besar dibandingkan momen anti paralelnya. Medium ferro-, anti ferro, dan ferrimagnetik dipengaruhi oleh suhu, dimana jika medium ini dipanaskan sampai pada suhu terntentu maka medium ini akan berubah menjadi medium paramagnetik. Batasan tersebut dinamakan suhu curie . Contohnya: ferrite.
Gambar 2.11. Kurva M VS H dan posisi momen magnet dari bahan Ferrimagnetik (Ščepka, 2016)
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
5. Antiferromagnetik
Suatu bahan batuan akan mempunyai sifat-sifat yang ditunjukkan olehantiferromanetik pada saat benda ferromagnetik naik sesuai dengankenaikan temperature yang kemudian hilang setelah temperature mencapaititik curie (400°C – 700°C). Harga momen magnetic kecil hingga sampai nol karna momen magnetik saling tolak menolak. Nilai suseptibiltasnya kecil yang sama seperti bahan paramagnetik umumnya contohnya: hematite dan chromium.
Gambar 2.12. Kurva M VS H dan posisi momen magnet dari bahan Antiferomagnetik (Ščepka, 2016)
II.2.14 Medan Magnet Bumi
Medan magnet bumi dapat didefinisikan sebagai sebuah dipole magnet batang dimana di sekitar dipole tersebut terdapat garis gaya magnet yang seolah–
olah bergerak dari kutub positif ke kutub negatif. Yang menjadi sumber utama proses magnetisasi batuan adalah medan magnet bumi. Medan Magnet bumi juga dapat didefinisikan sebagai harga kemagnetan dalam bumi. Medan magnet dihasilkan dari arus listrik yang mengalir dalam inti bumi
Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis atau disebut juga elemen medan magnet bumi, mempunyai tiga arah utama yaitu komponen arah utara, komponen arah timur dan komponen ke arah bawah. Pada koordinat kartesian ketiga komponen tersebut dinyatakan X, Y, Z. Elemen-elemen isinya adalah :
1.Deklinasi (D) adalah sudut utara magnet bumi dengan komponen horisontal yang dihitung dari utara menuju timur (sudut antara utara geomagnet dan utara geografis).
2.Inklinasi (I) adalah sudut antara medan magnet total dengan bidang horisontal yang dihitung dari horisontal menuju ke bidang vertikal ke bawah (sudut antara bidang horizontal dan vektor medan total).
3.Intensitas horisontal (H) adalah magnitudo dari medan magnet total pada arah horisontal.
4.Medan magnet total adalah magnitudo dari medan vektor magnet total.
Di beberapa literatur deklinasi disebut juga variasi harian kompas dan inklinasi disebut dip. Bidang vertikal yang berimpit dengan arah dari medan magnet disebut meridian magnet.
Gambar 2.13. Elemen magnetik bumi (Reynold, 1995).
Medan magetik utama bumi H dapat dinyatakan dengan meggunakan sistem koordinat geografis denga x berarah ke utara, y ke timur da z ke bawah. Berdasarkan kesepakatan internasional di bawah pengawasan Internasional Association Geomagnetism and Aeronomy (IAGA). Deskripsi matematis ini dikenal sebagai medan magetik utama bumi dar IGRF (International Geomagnetics Reference Field ) harga medan magnetik utama bumi dari IGRF di perbaharui tiap 5 tahun sekali.
Intensitas komponen horisontal medan magnetik bumi dapat dinyatakan dengan
√ (2.10)
Sedang intensitas medan magnetik utama bumi dinyatakan dengan √
Selain itu medan magnet bui juga mempunyai parameter fisis ,lainya yaitu sudut inkliasi dan sudut deklinasi. Sudut inklinasi dinyatakan dengan
√ (2.12)
19 Laboratorium Geofisika Eksplorasi
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Sudut inkliasi positif dibawah bidag horisontal dan negatif diatas bidang horisontal.
Sedangkan sudut deklinasi positif ke arah timur geografis dan negatif ke arah barat geografis. Sudut deklinasi deklinasi dinyatakan dengan
√ (2.13)
Medan Magnet bumi terdiri dari tiga bagian, yaitu : 1. Medan Magnet Utama
Pengaruh medan utama magnet bumi 99% yang disebabkan karena bumi itu sendiri merupakan magnet yang sangat besar dan variasinya terhadap waktu sangat lambat dan kecil. Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu. Untuk menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standar nilai yang disebut International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui setiap 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata- rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km2 yang dilakukan dalam waktu satu tahun.
Untuk periode 2005 – 2010, dimana penelitian yang dilakukan termasuk dalam jangkauan periode ini, diperlihatkan pada gambar 1.1 intensitas medan magnet bumi berkisar antara 25000 – 65000 nT, untuk wilayah Indonesia yag terletak di utara khatulistiwa mempunyai intensitas sekitar 40000 nT dan di selatan katulistiwa berkisar 45000 nT.
2. Medan Magnet Luar
Pengaruh medan luar berasal dari pengaruh luar bumi (aktifitas matahari,badai magnetik) yang merupakan hasil ionisasi di atmosfer yang ditimbulkan oleh sinar ultraviolet dari matahari. Karena sumber medan luar ini berhubungan dengan arus listrik yang mengalir dalam lapisan terionisasi di atmosfer, maka perubahan medan ini terhadap waktu jauh lebih cepat. Beberapa sumber medan luar antara lain :
1. Perubahan konduktivitas listrik lapisan atmosfer dengan siklus 11 tahun.
2. Variasi harian dengan periode 24 jam yang berhubungan dengan pasang surut matahari dan mempuyai jangkau 30 nT.
3. Variasi harian dengan periode 25 jam yang berhubungan dengan pasang surut bulan dan mempunyai jangkau 2 nT.
4. Badai Magnetik yang bersifat acak dan mempuyai jangkau sampai dengan 1000 nT.
3. Medan Magnet Lokal/ Pengaruh Anomali
Medan magnet anomali sering juga disebut medan magnet lokal (crustal field).
Medan magnet ini dihasilkan oleh batuan yang mengandung mineral bermagnet seperti magnetite, titanomagnetite dan lain-lain yang berada di kerak bumi.
II.2.15 Variasi Medan Magnet Bumi
Intensitas medan magnetik yang terukur di atas permukaan bumi senantiasa mengalami perubahan terhadap waktu. Perubahan medan magnetik ini dapat terjadi dalam waktu yang relatif singkat ataupun lama. Berdasarkan faktor-faktor penyebabnya perubahan medan magnetik bumi dapat terjadi antara lain:
1. Variasi sekuler
Variasi sekuler adalah variasi medan bumi yang berasal dari variasi medanmagnetik utama bumi, sebagai akibat dari perubahan posisi kutub magnetik bumi. Pengaruh variasi sekuler telah diantisipasi dengan cara memperbarui dan menetapkan nilai intensitas medan magnetik utama bumi yang dikenal dengan IGRF setiap lima tahun sekali.
2. Variasi Harian
bersumber dari medan magnet luar. Medan magnet luar berasal dari perputaran arus listrik di dalam lapisan ionosfer yang bersumber dari partikel-partikel terionisasi oleh radiasi matahari sehingga menghasilkan fluktasi arus yang dapat menjadi sumber medan magnet. Jangkauan variasi ini hingga mencapai 30 gamma dengan perioda 24 jam. Selain itu juga terdapat variasi yang amplitudonya berkisar 2 gamma dengan perioda 25 jam. Variasi ini diasosiasikan dengan interaksi ionosfer bulan yang dikenal dengan variasi harian bulan (Telford, 1976).
3. Badai Magnetik
Badai magnetik adalah gangguan yang bersifat sementara dalam medan magnetik bumi dengan magnetik sekitar 1000 gamma. Faktor penyebabnya diasosiasikan
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
dengan aurora. Meskipun periodanya acak tetapi kejadian ini sering muncul dalam interval sekitar 27 hari, yaitu suatu periode yang berhubungan dengan aktivitas sunspot (Telford, 1976). Badai magnetik secara langsung dapat mengacaukan hasil pengamatan.
Variasi medan magnetik yang terukur di permukaan merupakan target dari survei magnetik (anomali magnetik). Besarnya anomali magnetik berkisar ratusaan sampai dengan ribuan nano-tesla, tetapi ada juga yang yang lebih besar dari 100.000 nT yang berupa endapan magnetik. Secara garis besar anomali ini disebabkan oleh medan magnetik remanen dan medan magnet induksi. Medan magnet remanen mempunyai peranan yang besar pada magnetisasi batuan yaitu pada besar dan arah medan magnetnya serta sangat rumit diamati karena berkaitan dengan peristiwa kemagnetan yang dialami sebelumnya. Sisa kemagnetan ini disebut dengan Normal Residual Magnetism yang merupakan akibat dari magnetisasi medan utama.
Anomali yang diperoleh dari survei merupakan hasil gabungan dari keduanya, bila arah medan magnet remanen sama dengan arah medan magnet induksi maka anomalinya bertambah besar, demikian pula sebaliknya. Dalam survei geomagnet, efek medan remanen akan diabaikan apabila anomali medan magnet kurang dari 25
% medan magnet utama bumi. (Telfrod, 1979).
II.2.16 Koreksi Data Magnetik
Untuk mendapatkan anomali medan magnetik yang menjadi target survei, maka data magnetik yang telah diperoleh harus dibersihkan atau dikoreksi dari pengaruh beberapa medan magnet yang lain. Secara umum beberapa koreksi yang dilakukan dalam survei magnetik meliputi:
1. Koreksi harian
Koreksi harian adalah koreksi yang dilakukan terhadap data magnetik terukur untuk menghilangkan pengaruh medan magnet luar atau variasi harian.
2. Koreksi IGRF
Koreksi IGRF adalah koreksi yang dilakukan terhadap data medan magnet terukur untuk menghilangkan pengaruh medan utama magnet bumi.
Dengan demikian nilai anomali magnetik dalam intensitas medan magnet suatu batuan dapat dituliskan
H = Ho + ∆ H +Hvar (2.14)
Dimana H merupakan medan magnetik bumi, Ho merupakan medan magnetik utama bumi dan ∆H merupakan medan anomali magnetik, atau dalam menentukan anomali magnetiknya dapat dituliskan
∆H = H - Ho – Hvar (2.15)
Dengan H merupakan medan magnetik bumi atau medan magnet total yang terukur, Ho merupakan medan magnetik utama bumi berdasarkan IGRF dan Hvar merupakan koreksi medan magnet variasi harian.(Grant & West, 1965).
II.3 Filter Pengolahan Data Magnetik II.3.1 Upward Continuation
Upward continuation merupakan suatu proses untuk mengubah data pengukuran medan potensial yang telah dikoreksi dalam satu permukaan ke beberapa permukaan yang lebih tinggi dari permukaan ketika melakukan pengukuran hingga beberapa meter. Untuk penentuan ketinggiannya tergantung pada keinginan dalam melihat target yang prospek sehingga dapat terlihat lebih jelas tanpa tergabung dengan noise – noise yang ada atau pengaruh dari benda – benda dekat permukaan yang bersifat magnet sehinggaakan membuat data lebih agak sulit untuk dilihat prospeknya. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 2.14.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 2.14. Ilustrasi kontinuasi ke atas (Telford et al, 1990) II.3.2 Downward Continuation
Gambar 2.15. Downward Continuation (Xiaogang, 2015)
Pada Gambar 2.15 adalah data survei geomagnetik udara pada bidang pengamatan dan data geomagnetik pada bidang kontinuasi. Noise frekuensi tinggi dalam data geomagnetik akan diperbesar secara jelas akibat kebtidakstabilan downward continuatiation. Dengan demikian, digunakan metode regularisasi Tikhonov iteratif dan metode regularisasi Landweber iteratif untuk menyelesaikan masalah kekeliruan dari downward continuation..
24 Laboratorium Geofisika Eksplorasi Program Studi Teknik Geofisika UPN “Veteran” Yogyakarta
II.3.3 Reduksi ke Kutub
( )
( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2.16)
( Ia|<|I ), Ia = I Keterangan :
I = inklinasi geomagnetik D = deklinasi geomagnetik
L(Ꝋ) = tujuan vektor gelombang dengan derajat azimutnya Ia = inklinasi yang digunakan untuk koreksi magnetik
RTP (Reduction to The Pole) merupakan salah satu dari beberapa filter yang digunakan untuk membantu proses interpretasi. Filter RTP pada dasarnya mentransformasikan anomali magnetik disuatu lokasi berada pada kutub utara magnetik bumi. Sehingga, anomali medan magnet terletak tepat diatas tubuh benda penyebab anomali dan anomali magnet bersifat monopol/satu kutub. Reduksi kekutub diakukan dengan dengan cara mengubah sudut inklinasi menjadi 90o dan deklinasi menjadi 0o.
Filter RTP mengasumsikan bahwa pada seluruh lokasi pengambilan data nilai medan magnet bumi (terutama I dan D) memiliki nilai dan arah yang konstan (Arkani-Hamed, 1988). Asumsi ini dapat diterima apabila lokasi tersebut memiliki luas area yang relatif sempit. Namun hal ini tidak dapat diterima apabila luas daerah pengambilan data sangat luas karena melibatkan nilai lintang dan bujur yang bervariasi, dimana harga medan magnet bumi berubah secara bertahap.
Gambar 2.16. (a)Sebelum direduksi (b)Setelah direduksi (http://static-content.springer.com)
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 2.17. Reduction to pole (http://gravmag.ou.edu) II.3.4 Reduksi ke Ekuator
( )
( ) ( ) ( ) ( ( ))( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2.17) Reduksi ke ekuator digunakan untuk latitude magnetik yang bernilai rendah pada puncak anomali magnetik yang berada diatas sumbernya. Reduksi ke ekuator dapat mempermudah interpretasi ketika data yang lainnya tidak sesuai. Pada kondisi tertentu, saat anomali medan magnet difilter RTP tidak menunjukan anomali medan magnet yang monopole maka filter RTE perlu dilakukan agar menjadi anomali medan magnet yang monopole. Pada prinsipnya filter RTP dan RTE adalah mengubah anomali medanmagnet yang dipole menjadi monopole.
II.3.5 Analitik Sinyal
Menurut Bilim dan Ates (2003) dari data sintetik medan magnet total mengalami perubahan yang disebabkan oleh magnetisasi dari tubuh anomali tetap pada sinyal analitik, data sinyal analitik dilakukan pada data anomali medan magnet yang terinduksi ke kuutub dan memberikan hasil lebih baik. Sinyal analitik terbentuk dari gradien horisontal dan vertikal dari anomali dapat ditulis dengan persamaan berikut:
| ( )| √
(2.18)
Dimana i, j , k adalah unit vektor dalam arah x,y,z dan M adalah magnitudo anomali magnetik.
Dari persamaan diatas diperoleh fungsi amplitudo sinyal analitik adalah
| ( )| √*
+ *
+ *
+
(2.19) Anomali sinyal analitik yang melalui benda magnetik 2D pada jarak x = 0 dan kedalaman h adalah:
( )
( ) (2.20)
Keterangan :
α adalah faktor amplitudo α = 2M sin d( 1- cos2(I)sin2(A)) h = kedalaman
M = kuat kemagnetan d = kemiringan
I = inklinasi vektor kemagnetan A = arah vektor kemagnetan
Nibighian (1972) menggambarkan anomali sinyal analitik sebagai fungsi kedalaman (h) dengan didasarkan persamaan:
X1/2 = 2√3h = 3.46h (2.21)
Dengan X1/2 = lebar anomali pada setengah amplitudo dan h = kedalaman.
Analitik sinyal digunakan untuk menentukan kedalaman di sumber magnetik dengan menggunakan lebar pada setengah amplitudo untuk menentukan kedalaman.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar
2.18. Bentuk kurva amplitudo sinyal analitik (Ma, Guoqing, 2013)
Hubungan antara ketebalan dan kedalaman adalah ketebalan sama atau lebih besar dari kedalaman. Untuk mempermudah interpretasi, peta anomali magnet total difilter dengan menggunakan sinyal analitik. Transformasi sinyal analitik dibuat sebagai panduan dalam membuat model, proses ini akan merubah sifat dipolar anomali magnetik menjadi monopolar.
II.3.6 Transformasi Pseudogravity dan Gradien Horizontal A. Transformasi Pseudogravity
Potensial magnetik pada suatu benda magnet pada dasarnya menunjukkan kesamaan dengan percepatan gravitasi suatu elemen masa yang ditunjukkan pada persamaan berikut.
( ) ( 2.22) Keterangan :
g(P) = Percepatan gravitasi di titik P Cm = Konstanta
m = massa benda utama
r = Jarak pisah antara pusat massa = Gravitasi universal
( ) (2.23)
Keterangan :
V(P) = Potensial magnetik di titik P Cm = Konstanta
m = momen magnet dipole r = Jarak pisah antara kutub
Melalui kedua persamaan di atas, maka dapat terlihat bahwa potensial magnetik dan percepatan gravitasi sama-sama berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisahnya.
Melalui persamaan tersebut maka dapat dibuat suatu persamaan yang menunjukkan hubungan antara medan magnet dan juga medan gravitasi. Penguraian persamaan potensial gravitasi dan magnetik dalam bentuk skalar dapat dituliskan sebagai berikut
sehingga dengan melakukan substitusi didapati persamaan Poisson’s relation yang mendasari pseudogravity transformation.
(2.24)
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 2.19. Bentuk kurva anomali magnetik dan hasil transformasi pseudogravity (Blakely, 1995)
B. Gradien Horizontal
Gradien horizontal merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk menganalisa batas-batas dari suatu tubuh anomali. Analisa batas anomali dilakukan dengan menghitung magnitudo gradien horizontal menggunakan persamaan berikut.
( ) [( ( )
) ( ( )
) ] (2.25)
Gradien horizontal dengan pola yang paling curam dapat diinterpretasikan sebagai batas suatu anomali yang menunjukkan perubahan horizontal yang tiba-tiba pada magnetisasi (Cordell dan Grauch, 1987).
Gambar 2.20. Anomali magnetik, anomali pseudogravity, dan magnitudo gradien horizontal pada tubuh medium tabular (Lyngsie, 2006)
II.3.7 Tilt Derivative
Filter Tilt derivative (TDR) biasanya digunakan untuk mendeteksi struktur geologi tepi sebagai interpretasi yang menujukkan ciri patahan. filter TDR dihitung dengan membagi komponen Vertical Derivative (VDR) dengan Total Horizontal Derivative (TDHR) (Verduzco, 2004).
(
) (2.26)
II.3.8 Fast Fourier Transform (FFT)
Transformasi Fourier adalah suatu model transformasi yang memindahkan domain spasial atau domain waktu menjadi domain frekuensi. Transformasi Fourier merupakan suatu proses yang banyak digunakan untuk memindahkan domain dari suatu fungsi atau obyek ke dalam domain frekuensi. Di dalam pengolahan citra digital, transformasi fourier digunakan untuk mengubah domain spasial pada citra menjadi domain frekuensi. Analisa-analisa dalam domain frekuensi banyak digunakan seperti filtering. Dengan menggunakan transformasi fourier, sinyal atau citra dapat dilihat sebagai suatu obyek dalam domain frekuensi.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
A. Transformasi Fourier 2D
Transformasi Fourier kontinu 2D dari suatu fungsi spasial f(x,y) didefinisikan dengan:
F (
1,
2)
f (x, y).e
j1x2 ydxdy
(2.27)
dimana F(ω1x, ω2y) adalah fungsi dalam domain frekwensi f(x,y) adalah fungsi spasial atau citra, ω1x dan ω2y adalah frekwensi radial 0 – 2. Transformasi fourier yang digunakan dalam pengolahan citra digital adalah transformasi fourier 2D.
Diketahui fungsi spasial f(x,y) berikut:
f(x,y) 1
1 1
y x
Gambar 2.21. Fungsi Spasial f(x,y) FFT 2D (Wintz, 2000)
Transformasi fourier dari f(x,y) di atas adalah:
( ) ∫ ∫ ( ) ( )
∫ [
]
∫ ( )
( )
[
]
( ) ( )
( ) ( )
FFT (Fast Fourier Transform) adalah teknik perhitungan cepat dari DFT (Discrete Fourier Transform). Untuk pembahasan FFT ini, akan dijelaskan FFT untuk 1D dan FFT 2D. FFT 2D adalah pengembangan dari DFT 2D.
(2.28)
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
A. FFT 2D
FFT 2D adalah DFT 2D dengan teknik perhitungan yang cepat dengan memanfaatkan sifat periodikal dari transformasi fourier. Seperti halnya FFT 1D, maka dengan menggunakan sifat fungsi sinus dan cosinus, algoritma dari FFT 2D ini adalah :
(1) Hitung FFT 2D untuk n1 = 1 s/d N1/2 dan n2 = 1 s/d N2/2 menggunakan rumus DFT.
(2) Untuk selanjutnya digunakan teknk konjugate 2D.
Pengolahan FFT (Fast Fourier Transform) 2D dapat menggunakan 2 software yaitu Geosoft Oasis Montaj dan Matlab
1. Fast Fourier Transform (FFT) Menggunakan Geosoft Oasis Montaj Proses analisa spektrum gelombang menggunakan proses FFT dengan software Geosoft OASIS Montaj dalam pengolahannya menggunakan filter Butterworth Filter.
Gambar 2.22. FFT menggunakn Geosoft OASIS Montaj dengan Butterworth Filter
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 2.23. Peta Regional hasil proses FFT dengan software Geosoft.
Gambar 2.24. Peta Residual proses FFT dengan software Geosoft.
2. Fast Fourier Transform (FFT) Menggunakan Matlab
Proses FFT dengan menggunakan Matlab dalam pengolahannya berfungsi sebagai informasi menentukan kedalaman pada peta yang dihasilkan.
Gambar 2.22. GrafikAnalisa Fourier pemisahan anomali Regional, Residual, dan Noise hasil dari pengolahan menggunakan Matlab.
regional residual
n 10.5 10.5
m 51.501 22.829
2phi 6.28 6.28
Depth (m) 86.1083599 38.16950637
Gambar 2.22. Data kedalaman anomali regional dan residual hasil pengoahan Matlab.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
BAB III
METODE PENELITIAN
III.1 Diagram Alir
Secara garis besar, survei dan pengolahan geomagnetik dapat diberikan dalam diagram alir sebagai berikut :
Mulai
Informasi geologi
Desain Survey
Pengambilan data lapangan
Data lapangan
Koreksi variasi harian dankoreksi IGRF
Anomali Medan Magnet Total
Pengolahan Data
Peta Anomali Medan Magnet Total
Filter
Interpretasi
Selesai Gambar 3.1. Diagram alir penelitian.
III.2 Instrumentasi
III.2.1. Proton Precision Magnetometer (PPM) Seri G-856
Gambar 3.2. Instrumen Metode Geomagnetik.
Instrumentasi yang dalam Pengukuran metode Geomagnetik adalah PPM (Proton Precision Magnetometer) seri G-856. PPM seri G-856 merupakan instrumen yang mengukur intensitas skalar dari lokal medan magnet. Komponen dari aksesoris dari PPM G-856 terdiri dari :
1. Magnetometer 2. Sensor
3. Sensor kabel Sinyal 4. Tiang alumunium
5. Baterai (D-sel alkali baterai) 6. Kabel Data output
Peralatan penunjang lain yang mendukung dalam pengukuran metode magnetik yaitu 1. GPS (Global Positioning System), untuk penentuan posisi koordinat waktu
pengukuran.
2. Kompas Geologiuntuk mengetahui arah utara sebagai orientasi lintasan dan sensor.
3. Jam, untuk melihat waktu pada saat pengukuran data magnetik.
4. Peta topografi, untuk menentukan rute perjalanan dan letak titik pengukuran pada saat survei magnetik di lokasi.
5. Buku kerja, untuk mencatat data-data selama pengambilan data.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
III.2.1.1. Prinsip Kerja Alat PPM Seri G-856
Magnetometer adalah instrument geofisika yang digunakan untuk mengukur kekuatan medan magnet bumi prinsip kerja alat ini menganut prinsip gaya lorentz.
Gambar 3.3. Gabungan medan magnet dan arus gaya magnet (Lorentz) tegak lurus arah arus I dan medan B.
Gambar 3.4. Arah dipol proton searah medan magnet bumi (a), dipol proton terinduksi medan magnet kumparan (b), proton berpresisi (c).
Secara umum alat ini terdiri dari sensor, processing unit, kabel penghubung dan sebuah pencatat frekuensi (counter). Komponen utama dari sensor magnetometer adalah tabung silinder yang berisi cairan kaya hidrogen dan lilitan kawat.
Prinsip kerja Proton Procession Magnetometer adalah dengan proton yang ada pada semua atom berpresisi pada sumbu axis yang sejajar dengan medan 34magnet bumi. Normalnya, proton cenderung untuk sejajar dengan medan magnet bumi (a) Ketika saklar di tutup, arus DC mengalir dari baterai ke lilitan, kemudian
Memproduksi kuat medan magnet dalam silinder tersebut. Atom Hidrogen (proton) yang berputar di induksi medan magnet (medan magnet akibat aliran arus pada kawat, maka proton dengan sendirinya akan menyesuaikan dengan medan magnet yang baru B, (b) Kemudian saklar di buka sehingga tidak ada aliran arus dalam kumparan akhirnya atom hidrogen dalam sensor bergetar berpresisi, (c) Menuju kondisi awal medan magnet bumi.
Keadaan presisi medan magnet Bumi menghasilkan torsi pada putaran atom hydrogen, sensor akan mendeteksi adanya getaran dan osilasi tersebut.
Presesi tersebut menunjukkan medan magnet dalam berbagai waktu (time- varying) yang mana menginduksi sedikit arus AC pada lilitan tersebut. Frekuensi pada arus AC memiliki persamaan dengan frekuensi presesi atom tersebut. Karena frekuensi presesi berbanding dengan kuat medan total dan karena konstanta perbandingan diketahui, maka kuat medan total dapat ditetapkan dengan akurat.
Saat terjadi perubahan kesejajaran, perputaran proton berpresesi, dan putarannya semakin melambat.
Frekuensi pada saat presesi berbanding lurus dengan kuat medan magnet Bumi. Rasio Gyromagnetic proton adalah 0,042576 Hertz / nano Tesla. Sebagai contoh, pada area dengan kekuatan medan sebesar 57.780 nT maka frekuensi presesi menjadi 2460 Hz.
III.2.2 Alat Fluxgate Magnetometer
Sensor fluxgate bekerja dengan membandingan medan magnet yang diukur Bext dengan medan magnet referensi Bref. Medan magnet referensi, dapat berbentuk sinyal bolak-balik sinusoida, persegi, atau segitiga, yang dieksitasikan pada inti melalui kumparan primer. Dalam bentuk sederhana, sensor magnetik fluxgate terdiri dari dua kumparan, yaitu kumparan primer sebagai kumparan eksitasi (A) dan kumparan sekunder sebagai kumparan pick-up (B), seperti terlihat pada Gambar 3.5.
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
Gambar 3.5. Bentuk sederhana sensor magnetik fluxgate
III.2.2.1. Prinsip Kerja Sensor Fluxgate
Kumparan primer digunakan untuk membangkitkan medan magnet.
Medan magnet yang timbul pada kumparan primer akibat adanya medan listrik pada solenoid (Hukum Faraday). Sedangkan kumparan sekunder berfungsi untuk menangkap perubahan medan magnet yang di timbulkan oleh kumparan primer.
Medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan primer akan diterima oleh kumparan sekunder, dan akan menghasilkan GGL induksi. Besarnya GGL induksi yang terjadi ditentukan oleh banyaknya garis gaya magnet yang mampu ditangkap oleh penampang kumparan (Hukum Ampere). Sedangkan kumparan sekunder berfungsi untuk menangkap perubahan medan magnet yang di timbulkan oleh kumparan primer. Medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan primer akan diterima oleh kumparan sekunder, dan akan menghasilkan GGL induksi. Besarnya GGL induksi yang terjadi ditentukan oleh banyaknya garis gaya magnet yang mampu ditangkap oleh penampang kumparan (Hukum Ampere).
Perubahan medan magnet luar yang diterima oleh kumparan sekunder ini akan menghasilkan perubahan arus. Tegangan keluaran, Vout pada kumparan sekunder merupakan laju perubahan flux magnet di dalam inti. Berdasarkan Hukum Faraday, amplitudo tegangan
keluran induksi dituliskan sebagai :
Dengan : N adalah jumlah lilitan kumparan sekunder A adalah luas bidang potong inti sensor.
Sehingga tegangan keluaran harmonisasi kedua pada kumparan sekunder dapat dituliskan :
.
III.2.3 Alat Airborne Magnetik
Survei geomagnetik dalam eksplorasi barang tambang biasanya dilakukan di darat dan diudara. Survei geomagnetik di udara biasanya dilakukan untuk memetakan daerah yang luas. Alat yang digunakan biasanya adalah flux-gate magnetometer, nuclear precession. Kepekaan alat yang dipergunakan biasanya lebih tinggi (1-5 gamma) daripada yang dipergunakan di darat (10-20 gamma).
Pada survei ini biasanya menggunakan helicopter yang dipasang sensor flux-gate magnetometer pada tali sepanjang 30 m, karena menggunakan pesawat atau helicopter sehingga biaya penyelidikan dari udara jauh lebih mahal.
Gambar 3.6. Prinsip Kerja Alat Airborne Magnetik
Dengan menggunakan Aeromagnetic UAV dapat dilakukan survei Geomagnetik pada area yang luas, dengan hasil data beresolusi tinggi, dan biaya
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
survei yang murah karena menggunakan drone. Tidak hanya itu saja, hasil survei dapat dilihat langsung pada monitor karena sudah berbasis pengiriman data secara realtime. Aeromagnetic UAV juga sudah dilengkapi dengan sistem Automatic Flight sehingga drone bisa terbang sesuai lintasan yang dibuat, dengan mendesain lintasan survei nantinya target survei akan didapat dengan lebih mudah. Survei Geomagnetic dengan Aeromagnetic UAV dapat dilakukan dengan cepat, hal ini akan sangat membantu sekali dalam tahap eksplorasi awal di bidang pertambangan.
III.4 Akusisi Metode Geomagnetik
Dalam akusisi data Geomagnetik dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu secara satu alat(looping), baserover, dan gradien vertikal. Perbedaan dalam beberapa cara tersebut hanya ditekankan dalam pengunaan instrumen dalam pengukuran.
1 Satu Alat (Looping)
Pengukuran yang dimulai dari base dan diakhiri di base lagi. Pengukuran satu alat ini hanya menggunakan satu alat PPM seri G-856 yang menjadi base dan rover.Dimana sekaligus pengukuran looping ini mencatat nilai variasi harian dan intensitas medan magnet total. Ilustrasi pengukuran satu alat ditunjukkan pada gambar 3.5.
Base
Gambar 3.7. Ilustrasi Pengukuran Satu Alat
2 Base – Rover
Pengukuran yang menggunakan minimal dua buah alat PPM seri G-856 atau lebih, dimana satu buah untuk pengambilan data base yang penempatan alat PPM tersebut dipasang pada tempat yang bebas dari noise guna mencatat nilai variasi harian dan tetap sedangkan satunya untuk pengambilan data di lapangan guna mencatat intensitas medan total dari tiap lintasan.
Base
Rover
Gambar 3.8 Ilustrasi Pengukuran Base Rover
3 Gradien Vertikal
Untuk pengukuran Gradien vertikal secara pengukurannya sama dapat dilakukan secara Satu Alat atau Base-rover, hanya saja perbedaannya pada pemakaian sensor. Jumlah sensor yang digunakan 2 buah sensor.Biasanya untuk pemetaan medan magnet total dan variasi gradien vertikal medan magnet
Untuk Pengukuran Geomagnetik itu sendiri yang secara valid, umum, standar dalam pengukurannya yaitu menggunakan base-rover. Sedangkan untuk satu alat dan gradien vertikal jarang digunakan dalam pengukuran secara umum.
Gradien vertikal juga hanya digunakan pengukuran untuk mengetahui batas litologi suatu lapangan saja.
Modul Praktikum Geomagnetik
2020
Data-data yang dicatat dalam Pengukuran geomagnetic antara lain : 1. Waktu : meliputi hari, tanggal, jam
2. Data Geomagnetik :
a. Medan Total : minimal lima kali pengukuran pada tiap stasiun
pengukuran untuk mengurangi gangguan lokal
(noise).
b. Medan Vertikal :dua orientasi yaitu utara-selatan dan timur barat dengan masing-masing minimal lima kali pengukuran pada setiap stasiun pengamatan.
c. Variasi harian
d. Medan utama bumi (IGRF) 3. Posisi stasiun pengukuran
4. Kondisi cuaca dan topografi lapangan
Pengumpulan data bergantung pada target dan kondisi lapangan.
Pengukuran dengan target lokal biasanya dilakukan untuk daerah survei yang tidak terlalu luas, dengan spasi 50–500 meter, sedang untuk target regional mencakup daerah yang lebih luas dengan spasi 1–5 km.
Pengukuran di daerah gunungapi, di puncak dan tubuh gunung dilakukan dengan spasi 0,5 km atau sekitar 25-30 menit perjalanan (kaki), sedangkan pada kaki gunung dan sekitarnya spasinya 1-2 km. Untuk target dengan daerah yang sempit dan topografi yang relative datar dapat dilakukan dengan spasi 50–100 m bergantung kepada hasil pengukuran yang diinginkan. Pengumpulan data dilakukan pada titik yang telah diplotkangrid-nya. Variasi harian dapat diukur dengan menggunakan Base station PPM.
Dalam pelaksanaannya lokasi penelitian dibagi menjadi titik-titik ukur yang berjarak satu meter sehingga membentuk grid. Dalam pembuatan grid ini digunakan theodolit, meteran dan rafia panjang untuk membuat lintasannya.
Sebelum melakukan pengukuran, terlebih dahulu ditentukan arah utara medan magnetik bumi dengan kompas geologi, sebab selama pengukuran sensor PPM harus mengarah utara-selatan. Pada setiap titik pengukuran intensitas medan magnet total dilakukan 3 kali pembacaan, guna mendapatkan data yang lebih akurat dan meminimalisir noise.
III.4.1. SOP (Standar Operating Procedure) Pengoperasian PPM seri G-856
Gambar 3.9. Panel alat PPM seri G-856 a). Modus Operasi
1. Modus Survei : mengukur intensitas medan magnetik sebagai fungsi ruang atau jarak. Data di memori disimpan dalam format : nilai intensitas medan, nomor stasiun, waktu pengukuran dan nomor lintasan.
2. Modus Auto : mengukur nilai intensitas medan magnetik sebagai fungsi waktu. Data di memori disimpan dalam format : nilai intensitas medan, nomor stasiun, waktu, dan Julian-day.
b). Prosedur Operasi :
1. Memasang battery pada Console, 2. Memasang sensor di tiang penyangga, 3. Menghubungkan seluruh kabel konektor, 4. Memeriksa isi memori,
5. Melakukan „Tuning‟ dengan mengambil kuat sinyal (signal strength) yang paling kuat sesuai dengan harga medan di daerah survei,
6. Menyetel konfigurasi waktu : hari, tanggal, jam, dan menit saat pengambilan data,
7. Menyetel konfigurasi lintasan (modus survei dan gradiometer) dan interval waktu pengambilan data otomatis. (modus auto),
8. Mengambil data :
- Pengambilan data dilakukan dengan operasi : READ → STORE
- Arah sensor sesuai dengan tanda anak panah (N)
Modul Praktikum Geomagnetik 2020
- Pengambilan data dengan modus AUTO dilaksanakan di tempat yang tetap (fixed station).
9. Mentransfer data di memori ke komputer untuk pemrosesan lebih lanjut.
c). Petunjuk Pengoperasian :
1. Mengambil dan menyimpan data pembacaan : READ → STORE
2. Membersihkan seluruh isi layar : CLEAR
3. Memanggil isi memori (pembacaan yang terakhir) : RECALL
4. Memanggil isi memori (nomor stasiun tertentu) :
RECALL → SHIFT→ station # → station #→ station # → ENTER 5. Tuning magnetometer :
READ → TUNE → SHIFT → ENTER 6. Menghapus data :
a. Pembacaan yang terakhir :
Tekan :READ → RECALL → ERASE → ERASE b. Kelompok pembacaan yang terakhir :
Tekan : RECALL → SHIFT → station # → station # → station #
→ ENTER → ERASE → ERASE c. Seluruh memori :
Tekan : RECALL → SHIFT → 0 → ENTER<
