V. METODE GRAVITY

Metode Gravity

5.1 PENDAHULUAN

Metode gravity adalah salah satu metode eksplorasi geofisika yang digunakan untuk mengukur variasi medan gravitasi bumi akibat adanya perbedaan densitas antar batuan. Dalam prakteknya, metode ini mempelajari perbedaan medan gavitasi dari satu titik terhadap titik observasi lainnya. Sehingga sumber yang merupakan suatu zona massa dibawah permukaan bumi akan menyebabkan suatu gangguan pada medan gravitasi. Gangguan medan gavitasi ini-lah yang disebut sebagai anomali gravity.

Secara prinsip, metode gravity digunakan karena kemampuannya dalam membedakan densitas dari suatu sumber anomali terhadap densitas lingkungan sekitarnya. Dari variasi densitas tersebut dapat diketahui bentuk struktur bawah permukaan suatu daerah.

Dalam suatu eksplorasi, baik dalam mencari minyak bumi maupun mineral, metode gravity ini banyak digunakan pada tahap penelitian pendahuluan.

5.2 TEORI DASAR

Dasar teori yang digunakan dalam metode gavity adalah hukum Newton tentang gravitasi bumi. Jika dua benda dengan massa m1 dan m2 dipisahkan oleh jarak r, maka gaya tarik menarik (F) antara kedua benda tersebut adalah :

(5-1)dengan = satuan vektor dari m1 ke m2 dan

= 6.67 x 10-11 m3kg-1s-2 = konstanta gravitasi

Bila bumi dianggap bulat, homogen dan tidak berotasi maka :

(5-2)

5-1

Metode Gravity

Akan tetapi pada kenyataannya, bumi lebih mendekati bentuk spheroid, relief permukaannya tidak rata, berotasi, ber-revolusi dalam sistem matahari serta tidak homogen, sehingga variasi gravity disetiap titik dipermukaan bumi dipengaruhi oleh berbagai faktor :

1. Lintang2. Ketinggian3. Topografi4. Pasang surut5. Variasi densitas bawah permukaan

Dalam melakukan survei gravity diharapkan satu faktor saja yaitu variasi densitas bawah permukaan. Sehingga pengaruh 4 faktor lainnya harus dikoreksi atau dihilangkan dari harga pembacaan alat.

Untuk itu diperlukan berbagai koreksi :

a. Koreksi Spheroid dan Geoid.Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa bentuk bumi lebih mendekati bentuk spheroid, sehingga digunakan spheroid referensi sebagai pendekatan untuk muka laut rata-rata (geoid) dengan mengabaikan efek benda diatasnya. Spheroid referensi (g lintang) diberikan oleh persamaan GRS67 (Geodetic Reference System 1967) :

(5-3) dengan adalah sudut lintang dalam radian.

b. Koreksi Pasang Surut (Tidal)Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan efek gravity benda-benda di luar bumi seperti matahari dan bulan. Efek gravity bulan di titik P pada permukaan bumi diberikan oleh persamaan potensial berikut ini:

(5-4)dimana : = lintang, = deklinasi, t = moon hour angle, c = jarak rata-rata ke bulan.

5-2

Metode Gravity

c. Koreksi Apungan (Drift)Koreksi apungan diberikan sebagai akibat adanya perbedaan pembacaan gravity dari stasiun yang sama pada waktu yang berbeda, yang disebabkan karena adanya guncangan pegas alat gravimeter selama proses transportasi dari satu stasiun ke stasiun lainnya. Untuk menghilangkan efek ini, akusisi data didesain dalam suatu rangkaian tertutup, sehingga besar penyimpangan tersebut dapat diketahui dan diasumsikan linier pada selang waktu tertentu (t).

(5-5)

d. Koreksi Udara Bebas (Free-Air Correction)Merupakan koreksi pengaruh ketinggian terhadap medan gravitasi bumi, yang merupakan jarak stasiun terhadap spheroid referensi. Besarnya faktor koreksi (Free Air Correction/FAC) untuk daerah ekuator hingga lintang 45o atau -45o

adalah –0,3085 mGal/m. Sehinga besarnya anomali pada posisi tersebut menjadi FAA (Free Air Anomali), yaitu:

(5-6)

e. Koreksi Bouguer (Bouguer Correction/BC)Koreksi ini dilakukan dengan menggunakan pendekatan benda berupa slab tak berhingga yang besarnya diberikan oleh persamaan:

(5-7)dengan h adalah elevasi dan adalah massa jenis.

Salah satu metode yang digunakan untuk mengestimasi rapat massa adalah metode Nettleton. Dalam metode ini dilakukan korelasi silang antara perubahan elevasi terhadap suatu referensi tertentu dengan anomali gravity-nya, sehingga rapat massa terbaik diberikan oleh harga korelasi silang terkecil sesuai dengan persamaan:

5-3

Metode Gravity

(5-8)Selain metode Nettleton’s, estimasi rapat massa dapat pula diturunkan melalui metode Parasnis. Selanjutnya, setelah BC diberikan, anomaly gravity menjadi Simple Bouguer Anomaly :

(5-9)

f. Koreksi Medan (Terrain Correction)Koreksi ini diterapkan sebagai akibat dari adanya pendekatan Bouguer. Bumi tidaklah datar tapi berundulasi sesuai dengan topografinya. Hal ini yang bersifat mengurangi dalam SBA (Simple Bouguer Anomaly), sehingga dalam penerapan koreksi medan, efek gravity blok-blok topografi yang tidak rata harus ditambahkan terhadap SBA. Dengan demikian anomali gravity menjadi:

(5-10)dengan CBA adalah Complete Bouguer Anomaly dan TC adalah Terrain Correction. Perhitungan TC ini dapat menggunakan Hammer chart seperti pada Gambar 5-1.

5-4

M

LKJ

12

3

4

5

6

789

10

11

12

13

14

1516

Gambar 5-1 Hammer chart yang digunakan untuk menghitung koreksi medan

Metode Gravity

Berdasarkan besarnya radius dari titik pengukuran gravity, Hammer Chart tersebut dapat dikelompokkan menjadi :

1. Inner ZoneMemiliki radius yang tidak terlalu besar sehingga bisa didapatkan dari pengamatan langsung di lapangan. Dapat dibagi menjadi beberapa zona:

- Zona B : radius 6,56 ft dan dibagi menjadi 4 sektor.- Zona C : radius 54,6 ft dan dibagi menjadi 6 sektor.

2. Outer ZoneZona ini memiliki radius yang cukup jauh, sehingga biasanya perbedaan ketinggian dengan titik pengukuran gravity menggunakan analisa peta kontur. Outer Zone dibagi menjadi beberapa zona:

- Zona D : radius 175 ft dan dibagi menjadi 6 sektor.- Zona E : radius 558 ft dan dibagi menjadi 8 sektor.- Zona F : radius 1280 ft dan dibagi menjadi 8 sektor.- Zona G : radius 2936 ft dan dibagi menjadi 12 sektor.- Zona H : radius 5018 ft dan dibagi menjadi 12 sektor.- Zona I : radius 8575 ft dan dibagi menjadi 12 sektor.- Zona J : radius 14612 ft dan dibagi menjadi 12 sektor.- Zona K sampai M, masing-masing dibagi 12 sektor.

Untuk menghitung Terrain Correction (TC) tiap sektor dapat digunakan persamaan:

(5-11)Terrain correction untuk masing-masing stasiun pengukuran gravity adalah total dari TC sektor-sektor dalam satu stasiun pengukuran tersebut.

Selain koreksi-koreksi diatas, terdapat beberapa koreksi lain dalam metode gravity :

a. Koreksi EotvosKoreksi ini dilakukan pada survey gravity yang dilakukan di laut (marine survey) dengan menggunakan kapal. Persamaannya adalah:

5-5

Metode Gravity

(5-12)dengan kecepatan kapal (knot), arah kapal, dan lintang.

b. Faktor Koreksi KalibrasiKalibrasi dilakukan dengan pertimbangan bahwa konstanta pegas dari suatu gravimeter berubah terhadap waktu. Kalibrasi ini adalah suatu proses untuk mendapatkan hasil pembacaan dalam mGal yang sesuai dengan standard awal atau untuk mendapatkan tingkat ketelitian yang sesuai dengan kondisi awal gravimeter tersebut. Besarnya faktor kalibrasi adalah:

(5-13)

dengan : selisih pembacaan di St.1 dan St.N alat yang dikalibrasi.

selisih St.1 dan St.N referensi (diketahui).

Faktor Koreksi Kalibrasi ini kemudian dikalikan pada hasil pembacaan alat di lapangan.

5.3 PENGAMBILAN DATA

Alat-alat yang digunakan dalam pengambilan data adalah:1. Gravimeter La Coste Romberg G-5022. Piringan3. Altimeter4. GPS5. Tali sebagai meteran jarak antar stasiun pengukuran

Hal-hal yang dilakukan terlebih dahulu sebelum melakukan pengukuran adalah sebagai berikut :

1. Kalibrasi terhadap data / titik pengukuran yang telah diketahui nilai gravitasi absolutnya, misalnya IGSN’71

2. Melakukan pengikatan pada base camp terhadap titik IGSN’71 terdekat yang telah diketahui nilai ketinggian dan gravitasinya, dengan cara looping.

5-6

Metode Gravity

3. Bila perlu di base camp diamati variasi harian akibat pasang surut dan akibat faktor yang lainnya.

Setelah melakukan hal di atas barulah pengamatan yang sebenarnya dilakukan.

Gambar 5.2 Gravimeter La Coste Romberg, alat yang digunakan dalam pengambilan data

5.4 PENGOLAHAN DATA & INTERPRETASI

Dalam survey gravity, data yang pertama kali harus didapatkan adalah nilai g observasi di base stasion, sebagai acuan untuk stasiun-stasiun berikutnya. Setelah pembacaan alat (dalam mGal) untuk tiap-tiap stasiun yang menjadi target pengukuran, maka dapat dilakukan proses pengolahan data dengan langkah pengerjaan sebagai berikut:

a. Skala mGal.Konversi dari pembacaan alat ke mGal dengan menggunakan suatu bentuk perumusan tertentu berdasarkan nilai pembacaan yang didapatkan dalam pengukuran disetiap stasiun.

b. Perhitungan g Normal

mGal.

c. Perhitungan Drift

5-7

Metode Gravity

mGal.

d. Perhitungan g Koreksi

mGal.

e. Perhitungan

g koreksi ke-n - g koreksi awal mGal. f. Perhitungan g observasi (gobs)

gobs = gobs base st. + g mGal g. Perhitungan g lintang

mGalh. Perhitungan koreksi udara bebas (FAC).

mGal i. Perhitungan free air Anomaly (FAC)

mGal

j. Perhitungan Bougueur Correction (BC) k. Perhitungan Simple Bougueur Anomaly (SBA) l. Perhitungan Terrain Correction (TC) untuk masing-masing stasiun

pengukuran m. Perhitungan Complete Bouguer Anomaly (CBA) n. Pemisahan CBA Regional dan Residual. Pemisahan ini dapat dilakukan

dengan beberapa metode, diantaranya metode Moving Average, Persamaan Polynomial, Second Vertical Derivatif, dll.

Tabel 5-1 Contoh format pengolahan data gravity dalam tabel

No

Stas

ion

Wak

tu

Bac

a A

lat

Kon

vers

i

Pasu

t

Drif

t

g-ob

s

Lint

ang

(f)

Buj

ur (b

)

g-no

rmal

Elev

asi

FAC

FAA

BC

TC BA

5-8

Metode Gravity

Untuk interpretasi dan pemodelan, dapat digunakan contoh model gravity sederhana seperti dalam Tabel 5.2 dan Gambar 5.3 di bawah ini.

Tabel 5-2. Anomali gravity yang diasosiasikan dengan bentuk geometri sederhana (Reynold, 1997)

Model Anomali gravity maksimum KeteranganBola

Silinder horizontal

Silinder vertikal Jika L tak hingga

Jika d = 0

Jika L berhingga

Buried slab (bouguer plate)

Untuk L = 1000 m dan = 0.1 Mg/m3,

Slab tak berhingga

Prisma rectangular horizontal

Prisma rectangular vertikal

L >> b

5-9

Metode Gravity

5-10

0-1- 2 1 2x/z

gmax

g

0.5

1

h

z

½ gmax

x½

Silinder horizontal

sphere

z = Kedalaman pusat massa

x

x/z

0.5

1

1 3 2 0-1-2-3

g

L S2

S1 dr

Silinder vertikal

-

d

D

g

L

P

r2

r1

b

d

Prisma 2D dengan L >>b

x

g

xxP O

L

dD

h

r2

r3r1

a)

b)

c)

d)

e)

Metode Gravity

Gambar 5.3 Estimasi bentuk geometri sederhana dari anomali gravity (Reynold, 1997)

Gambar 5.4 Contoh penerapan model sederhana pada struktur geologi (a), dan pemilihan aplikasi model sederhana pada bentuk struktur (b & c)

5-11

ANTIKLIN KUBAH GARAM

a)

b)

c)

a)

b)

c)

1

21

= 2.07 gr/cc

Qtd

Pengamatan

Model

100

0

- 100- 200

Gal

0

400

200 m

1 3 5 7 9km

Gambar 5-5. Contoh interpretasi penampang anomali gravitydaerah Semarang

= 2.0 gr/ccQa

Metode Gravity

5-12

Gambar 5.6 Contoh kontur anomali gravity (a) dan hasil interpretasinya (b)

Metode Gravity

REFERENSI

1. Blakely, Richard.J, 1995, Potential Theory in Gravity and Magnetic Application, Cambridge Univ. Press.

2. Dobrin, Milton. B., and Savit, C.H., 1998, Introduction to Geophysical Prospecting, McGraw-Hill, Inc.

3. Grant, F.S. and West, G.F., 1965, Interpretation Theory in Applied Geophysics, McGraw-Hill, Inc.

4. Reynolds, J.M., 1997, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, John Wiley & Sons.

5. Telford, M.W., Geldart, L.P., Sheriff, R.E. and Keys, D.A., 1991, Applied Geophysics, Cambridge Univ. Press.

5-13