very low frequency
TRANSCRIPT
LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM GEOFISIKA 3
Metode Elektromagnetik Very Low Frequensy Radio ( VLF-R)
Nama : Jaenudin
NPM : 140310090026
Hari/Tanggal : Senin, 22 Oktober 2012
Waktu : 15.00 – 17.00 WIB
Dosen : Dr. Asep Hardja
Laboratorium Geofisika
Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Padjadjaran
2012
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Indonesia adalah negeri yang kaya akan sumber daya alam. Bumi
Indonesia dianggap sebagai laboratoium kebumian yang paling habat
untuk dapat mengeksplorasi sumber-sumber alam yang ada di Indonesia.
Namun keterbatasan ilmu untuk mengelola sumber daya alam tersebut
menjadi kendala untuk melangkah lebih lanjut. Sehingga kita perlu untuk
mempelajari cara atau metode untuk mengungkap suatu informasi yang
terdapat didalam perut bumi. Salah satu caraadalah cabang ilmu fisika
yang mempelajari bidang bumi khususnya perut bumi berdasarkan konsep
fisika.Di dalamnya termasuk juga meteorology, elektrisitas atmosfer dan
fisika ionesfer. Penelitian feofisika untuk mengetahui kondisi dibawah
permukaan bumi melibatkan pengukuran diatas permukaan bumi dari
parameter-parameter fisikayang dimiliki oleh batuan di dalam bumi. Dari
pengukuran ini dapat ditapsirkan bagaimana sifat-sifat dan kondisi di
bawah permukaan bumi baik itu secara vertical maupun horizontal. Dalam
skalayang berbeda, metode geofisika dapat diterapkan secara global yaitu
untuk menentukan struktur bumi, secara local yaitu untuk eksplorasi
mineral dan pertambangan termasuk minyak bumi dan dalam skala kecil
yaitu untuk aplikasi geoteknik (penentuan pondasi bangunan dll). Survey
geofisika yang sering dilakukan selama ini antara lain metode
elektromagnetik
Metode elektromagnetik biasanya digunakan untuk eksplorasi
benda-benda konduktif. Perubahan komponen medan akibat variasi
konduktivitas dimanfaatkan untuk menentukan struktur bawa permukaan.
Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja
membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi.
Pengukuran semacam ini disebu tteknik pengukuran aktif. Metode ini
kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarannya sumber yang
dibuat. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif. Tenik ini
memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang
tidak sengaja dibangkitkan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal
dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 kHz) adalah yang
biasa disebut VLF (Very Low Frequency). Teknik ini lebih praktis dan
mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas.
B. Tujuan
Tujuan dari praktikum ini ialah :
1. Memahami konsep metode elektromagnetik VLF-R ini sebagai metode untuk
mengukur harga daya konduktivitas batuan berdasarkan pengukuran
gelombang elektormagnetik skunder.
2. Mempelajari Software 2LAYINV untuk pengolahan data VLF-R.
BAB II
TEORI DASAR
A. Elektromagnetik
Teori elektromagnetik merupakan suatu teori yang menjelaskan
hubungan antara medan listrik dan medan magnet, yang menimbulkan
rambatan gelombang elektromagnet. Teori ini dikemukakan oleh James
clark Maxwell pada tahun 1865.menurut Maxwell, medan listrik yang
berubah akan menimbulkan medan magnet, sementara itu, Faraday
berpendapat bahwa perubahan medan magnet menimbulkan medan listrik.
Jadi sifat saling terkait dan berkelanjutan antara medan listrik danmedan
magnet inilah yang menyebabkan timbulnya gelombang elektromagnetik.
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang padauan antara medan
listrik dengan medan magnet, disebabkan oleh muatan listrik bergerak
dipercepat.
Figure 1. Gelombang elektromagnetik
Kemudaian Maxwell menurnkan persamaan rambatan gelombang
elektromagnetik itu dalam ruang hampa sebesar :
√ ⁄
Keterangan :
permitivitas listrik ruang hampa ( 8.85 x 10-12
C/ Nm2 )
= permeabilitas magnetic ruang hampa (12,6 x 10-7
Wb/Am)
c = kecepatan gelombang elektromagnetik.
Gelombang elektromagnetik memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa
medium
2. Gelombang Elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
3. Gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik sehingga
bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik.
4. Gelombang elektromagnetik dapat mengalami pemantulan
(refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi),
pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi).
5. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara
bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan
berbanding lurus.
Pada pembicaraan kita mengenai gelombang elektromagnetik, kita batasi
pada gelombang elektromagnetik yang mempunyai medan listrik sejajar
sumbu Y, induksi magnetik sejajar sumbu Z dan tegak lurus ,
sedangkan sumbu x adalah arah rambat.
Ambil kontur : ABCDA pada medan listrik, maka:
∮
∫
∫
∫
∫
( )
Y+
x+
Z+
E dy
A
B C
D
dx
Vektor medan listrik dar gelombang
elektromegnetik sejajar sumbu y
Sumbu x merupakan arah
rambatgelombang elektromagnetik
∮
∮
Menurut hukum Henry Farady
∮
∮
Lihat kontur PQRSP pada bidang X-Z (medan magnet) pada gambar di
atas.
∮
∫
∫
∫
∫
∮
Menurut hukum Ampere- Maxwell:
∮
∮
( )
Jika (pers.1) kita turunkan terhadap x:
(
)
(
)
Dan (pers.2) kita turunkan tehadap t:
(
)
(
)
Kita peroleh:
(Pers.3) menunjukkan bahwa medan listrik merambat sepanjang sumbu x
dengan kecepatan:
√
Jika (pers.1) kita turunkan terhadap t:
(
)
(
)
Dan (pers.2)kita turunkan terhadap x:
(
)
(
)
B. Metode Elektromagnetik
Metode elektromagnetik biasanya digunakan untuk eksplorasi
benda-benda konduktif. Perubahan komponen medan akibat variasi
konduktivitas dimanfaatkan untuk menentukan struktur bawa permukaan.
Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja
membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi.
Pengukuran semacam ini disebu tteknik pengukuran aktif. Metode ini
kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarannya sumber yang
dibuat. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif. Tenik ini
memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang
tidak sengaja dibangkitkan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal
dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 kHz) adalah yang
biasa disebut VLF (Very Low Frequency). Teknik ini lebih praktis dan
mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas.
Metode elektromagnetik VLF ini bertujuan untuk mengukur harga
daya konduktivitas batuan berdasarkan pengukuran gelombang
elektormagnetik skunder. Metode ini memanfaatkan gelombang hasil
induksi elektomagnetik yang berfrekuensi sangat rendah. Karena
frekuensinya yang cukup rendah, gelombang ini memiliki penetrasi yang
cukup dalam. Gelombang ini juga menjalar ke seluruh dunia dengan
atenuasi yang kecil dalam pandu gelombang antara permukaan bumi dan
ionosfer.
Karena induksi gelombang tersebut, maka di dalam medium oleh
batuanakan timbul arus induksi. Arus induksi inilah yang menimbulkan
medan skunder yang dapat ditangkap di permukaan bumi. Besarnya kuat
medan elektromagnetik skunder ini sebanding dengan besarnya daya
hantar listrik batuan (rho), sehingga dengan mengukur kuat medan pada
arah tertentu, maka secara tidak langsung kita dapat mendeteksi daya
hantar listrik batuan di bawahnya.
Adapun parameter elektromagnet VLF yang penting adalah :
1. Pemancar
Pemancar ini mulai dibangun sejak Perang Dunia I, digunakan
untuk komunikasi jarak jauh karena kemampuannya untuk komunikasi
gelombang dengan pelemahan yang sangat kecil pada gelombang bumi
ionesfer.Penetrasinya cukup efektif hingga dapat menembus laut dalam.
2. Pengaruh Atmosfer
Sumber nois yang utama adalah radiasi medan elektromagnetik
akibat kilat atmosfer baik di tempat dekat atau jauh dari lokasi
pengukuran. Pada frekwensi VLF radiasi medan ini cukup dapat
melemahkan sinyal yang dipancarkan oleh pemancar. Daerah yang
cukup banyak badai tersebut adalah Afrika tengah dan Asia tenggara
termasuk Indonesia. Noise kedua adalah variasi diurnal medan
elektromagnetik bumi di mana terjadi pergerakan badai dari arah timur
ke barat yang terjadi mulai siang hingga sore hampir malam.
3. Rambatan Gelombang Elektromagnetik
Pada elektromagnetik VLF dengan frekuensi <100 KHz, arus
pergeseran akan lebih kecil dari arus konduksi karena permitivitas
dieletrik batuan rata-rata cukup kecil dan konduktivitas target biasanya
> 10-2 S/m. Hal ini menunjukkan efek medan akibat arus konduksi
memegang peranan penting ketika terjadi perubahan konduktivitas
batuan.
4. Pelemahan (Atenuasi) Medan
Pelemahan medan ini mempengaruhi kedalaman. Kedalaman
pada saat amplitudo menjadi 1/e (kira-kira 37%) dikenal sebagai skin
depth atau kedalaman kulit. Kedalaman ini dalam metode
elektromagnetik disebut sebagai kedalaman penetrasi gelombang.
C. Metode Elektromagnetik VLF Radio
Dalam metoda Very Low Frequency (VLF), medan primer yang
dipancarkan dengan frekuensi sangat rendah (15-30 kHz) ketika mengenai
benda konduktif akan membangkitkan medan sekunder, resultan dari
medan primer dan medan sekunder ini yang diterima oleh alat VLF, dan
besarnya resultan ini tergantung dari medan sekunder. Identifikasi adanya
pencemaran di lokasi TPA ditandai tingginya harga Daya Hantar Listrik
(DHL) dan Padatan Terlarut Total (TDS), dan rendahnya harga resistivitas
semu.
Very Low Frequency sangat baik untuk penyelidikan kualitas air
pada medium berpori (Benson et al., 1997). Benson et al. (1997)
menunjukan bahwa air yang tercemar hidrokarbon akan memiliki nilai
resistivitas tinggi, tetapi akan memiliki resistivitas yang rendah untuk air
yang tercemar material inorganik.
Sinyal yang dibangkitkan oleh antena pemancar terdiri atas medan
magnet dan medan listrik yang berosilasi dalam frekuensi yang dipilih
antena Akibat interaksi dengan benda konduktif di dalam bumi maka
komponen horisontal magnetik medan primer membangkitkan komponen
horisontal medan listrik dalam arah penjalarannya. Pada suatu daerah tak
homogen, komponen vertikal magnetik dibangkitkan untuk beberapa
variasi konduktivitas. Medan elektromagnetik primer akan menginduksi
benda konduktif ketika melewatinya sehingga akan terbentuk arus listrik
dan terbentuk medan magnetic sekunder (Hs), medan yang terekam adalah
medan resultan yang disebut Polarisasi ellip.
Komponen yang diukur dalam VLF adalah tilt angle α yaitu sudut
utama polarisasi ellip dari horizontal (dalam derajat atau persen), dan
eliptisitas ε adalah perbandingan antara sumbu kecil terhadap sumbu
besarnya (dalam persen). Tilt angle α dan eliptisitas ε, berkaitan dengan
komponen medan magnetik horizontal, vertical dan fasanya
Secara matematis dapat diperlihatkan bahwa tilt angle α mirip
dengan bagian in phase (komponen real) dari komponen vertikal dan
eliptisitas ε mirip dengan bagian quadrature (komponen imaginer) dari
komponen vertikal. Kedua parameter tersebut diukur dalam prosentase
terhadap medan primer horizontal (Karous and Hjelt, 1983):
Komponen Real (%) = 100 α (α radian)
Komponen Imaginer = 100 ε
Harga rapat arus terhadap kedalaman dapat ditentukan dengan
menggunakan filter dari Karous dan Hjelt (1983). Untuk dapat
memperkirakan harga resistivitas dan fasanya, maka harus diketahui
hubungan dari medan listrik Ex dan medan magnetic Hy dan resistivitas
semu ρa. Hubungan ini biasa dituliskan dalam bentuk dibawah ini
(Cardiard, 1953 dalam Gharibi, 1999).
|
|
Dimana :
= resistivitas semu
= permeabilitas magnetic
= frekuensi sudut ( phasa)
D. Software 2LAYINV
Program 2LAYINV digunakan untuk menafsirkan geofisika, data
elektromagnetik VLF-R ( resistivitas semu dan fasa) diukur sepanjang satu
profil pada satu frekuensi. Inversi dibuat secara terpisah untuk setiap titik
data menggunakan penampang model bumi 1D dan 2D. Dengan demikian
program ini cocok juga untuk penafsiran ketebalan dan resistivitas yang
relatif tipis (tanah) lapisan resistif dan variasi resistivitas batuan dasar.
Perhatikan bahwa model inversi masih hanya 1D dan bahwa interpretasi
hasil sebenarnya menghasilkan pseudosection dari 2-D distribusi
resistivitas.
Mulai dari inversi model awal linearized dengan adaptif redaman
digunakan untuk mengoptimalkan ketebalan dan resistivitas dari lapisan
overburden dan resistivitas dari ruang bawah tanah sehingga model
meminimalkan kesalahan antara diukur dan dihitung VLF-R data. Lateral
inversi dibatasi diperoleh dengan meminimalkan kekasaran model yang
merupakan variasi parameter model antara titik tetangga, bersama-sama
dengan kesalahan data. Sebagai akibatnya seorang lancar bervariasi
(Occam inversi) model diperoleh. Kekasaran dan / atau status
memperbaiki / bebas parameter dapat diatur secara manual untuk
memungkinkan diskontinuitas dan untuk memasukkan data priori dalam
model.
1. Memulai Program 2LAYINV
Program 2LAYINV yang sudah terinstall, kemudian dijalankan
program tersebut dengan mengklik icon 2LAYINV.EXE. Setelah diklik,
maka program akan meriquest file berextensi .DAT. Untuk pembuatan
file.DAT ada aturan-aturan penulisan sebagai berikut :
a. Untuk baris pertama ialah Nama Pengukuran
b. Baris kedua dikosongkan
c. Baris ketiga berupa bilangan, untuk bilangan pertama ialah
umlah data (N), bilangan kedua ialah mode tampilan ( 1, 2, 3,4 ),
bilangan ketiga ialah jumlah kolom data, dan bilangan keempat
ialah ICO =0
d. Baris keempat ialah table, untuk kolom pertama ialah jarak (x),
kolom kedua ialah nilai resistivitas semu dan kolom ketiga ialah
nilai fasa.
Contoh
Perhatikan gambar file sebagai berikut :
Gambar 2. File.DAT dibukan dengan WordPad
2. Tampilan dari Pembacaan File.DAT
File.DAT yang telah dibuat kemudian di baca oleh program 2LAYINV
dan kemudian tampilannya sebagai berikut :
Menu dalam tampilan di atas ialah :
a. File
Di dalam menu file dan submenu yaitu :
Read VLF-R data
Membukan dan membaca data VLF-R dari file.DAT
Save VLF-R data
Menyimpan data VLF-R dengan file.OUT
Save 2-Layer model
Menyimpan model 2-Layer dalam file.LAY
Read 2-Layer model
Membaca model 2-Layer file.LAY yang sudah tersimpan
Read Display
Membaca parameter baru dari grafik dengan file.DIS
Save Graph as PS
Menyimpan grafik ke dalam file. PS ( PhotoShop)
Save Graph as EPS
Save Graph as PDF
Save Graph as WMF
Save Graph as GIF
b. 2-Layer
Dalam menu 2-Layer terdapat submenu yaitu :
Weight in/out
Untuk mengaktifkan atau tidak data weight
Label in/out
Untuk mendisplay atau tidak nilai resistivitas pada penampang
kedalaman lapisan.
Color Scale
Untuk memberikan tampilan warna pada lapisan yang
disesuaikan dengan distribusi nilai resistivitas. Pada submenu
ini terdapat submenu pilihan yaitu : Rainbow, Inverse Rainbow,
Grayscale, Inverse Grayscale, dan Redscale.
Penampang Lapisan
Gambar 4. Tampilan Rainbow
Gambar 5. Tampilan Inv.Rainbow
Gambar 6. Tampilan Grayscale
Gambar 7. Tampilan Redscale
c. Exit
Untuk mengakhiri program.
Dalam tampilan 2LAYINV terdapat control, yaitu :
a. Frequency (kHz)
Nilai frekuensi di sini ialah nilai frekuensi sumber yang digunakan. Untuk
pengukuran di Indonesia biasanya menggunakan frekuensi dari Australia
yaitu 16000 Hz atau 16 kHz, 23400 Hz atau 23,4 kHz dari Eropa, 16400
Hz atau 16,4 kHz dari JXN dan 15100 Hz atau 15,1 kHz dari FUO.
b. R-1 Mean ( Ohmm)
Control ini merupakan nilai resistivitas rata-rata dari sejumlah data. Nilai
resistivitas rata-rata ini nilainya berubah apabila diinterpolasi.
c. 2-Layer
Control ini digunakan untuk memulai interpolasi yang akibatnya terdapat
garis kurva pada sebaran data.
Gambar 8. Tampilan setelah diklik control 2-layer
d. Update
Control ini digunakan apabila nilai-nilai pada control dirubah, maka
dengan mengklik control update ini akan menampilkan tampilan sesuai
nilai yang dirubah tersebut.
e. Lagsca
Control Lagsca merupakan multiplier yang disebut Lagrange (L), yang
menentukan apakah inversi mencoba untuk meminimalkan kesalahan data
bukan kekasaran model. Jika L> 1, maka model akan menjadi sangat halus
dan cocok akan menjadi kasar. Jika L <1, maka akan cocok baik tetapi
model akan menjadi kasar. Biasanya nilai-nilai berkisar antara 0,1 dan 10.
Perhatikan bahwa kedua data dan model parameter skala menggunakan
variasi data maksimum dan variasi parameter maksimum (batas skala
resistivitas dan batas kedalaman). Oleh karena itu nilai default (L = 1)
menyediakan cukup baik kompromi antara fit data dan kelancaran model.
Namun, scaler Lagrange adalah Parameter yang paling penting dalam
penafsiran, karena sangat mempengaruhi model akhir.
f. R 1 wght, TH wght , R 2 wght
Mendefinisikan skala terpisah Lagrange untuk setiap parameter lapisan.
Jika salah satu nilai-nilai yang lebih besar dibandingkan dengan dua
lainnya, maka parameter yang akan menjadi lebih halus daripada yang
lain. Begitu juga sebaliknya, jika beberapa parameter berat badan lebih
kecil dari yang lain maka akan diizinkan untuk lebih bervariasi. Jika salah
satu bobot yang sama dengan nol, maka parameter yang sesuai akan
diperbaiki dalam setiap titik. Karena parameter skala juga, nilai-nilai
default = 1, cukup baik kompromi. Seringkali berguna untuk
meningkatkan berat lapisan overburden jika dapat dianggap untuk
mewakili serupa materi.
g. F-Length
h. Optimize
Tombol melakukan sejumlah tertentu iterasi invers. Inversi ini didasarkan
pada linearized skema inversi. Matriks sensitivitas dibangun secara
numerik menggunakan perbedaan maju. Sistem linear diselesaikan untuk
langkah-langkah parameter menggunakan dekomposisi nilai singular
(SVD) bersama dengan redaman adaptif dan otomatis.
Gambar 9. Tampilan setelah diklik control optimize sebanyak 5 kali
i. Edit Thic
Tombol ini digunakan untuk memberikan ketebalan bervariasi secara
manual untuk lapisan overburden dengan menggunakan mouse. Setelah
menekan tombol Edit thic perubahan kursor mouse ke sebuah crosshair
kursor di atas grafik. Pengguna kemudian mulai untu mengambil nilai-
nilai mendalam dengan menekan kiri mouse tombol. Modus editing
berakhir setelah menekan tombol kanan mouse. Program kemudian
interpolates nilai ketebalan overburden antara pertama dan titik kedalaman
terakhir dan membuat meneruskan perhitungan. Jumlah maksimum titik
yang dipilih sama dengan jumlah asli datum poin. Perhatikan bahwa titik
harus diambil dalam urutan menaik, yaitu, dari awal profil menjelang
akhir.
j. R-min (ohm ), R-max (ohmm), T-max (ohmm)
Kontrol-kontrol ini menentukan minimum dan maksimum nilai skala
resistivitas dan nilai kedalaman maksimum di pseudosections. Catatan
bahwa pada skala warna sebenarnya logaritma 10-dasar nilai-nilai
resistivitas ditampilkan.
k. Edit Fix/Free
Pada control ini terdapat subcontrol yaitu Rho 1, Thic dan Rho 2 yaitu
Parameter tetap ditunjukkan dengan simbol salib kecil di atas pusat elemen
terkait dalam pseudosection tersebut. Modus editing mirip dengan lapisan
Ketebalan editing: kursor menjadi crosshair, tombol kiri mouse memilih
poin, dan kanan mouse Tombol berhenti modus pengeditan. Namun, tidak
ada interpolasi digunakan dan oleh karena itu setiap blok Model harus
dipilih secara manual. Jika editing dibuat tanpa pilihan (klik kiri mouse),
maka Parameter tertentu (Rho1, Thic, Rho2) diatur gratis di setiap titik.
Untuk pengaturan tampilan grafik, maka dapat diatur dalam file.DIS, dimana
dalam file.DIS tersebut seperti berikut ini :
Tampilan:
Gambar 10. Tampilan garfik 2LAYINV
BAB III
KESIMPULAN
Setelah melakukan praktikum VLF-R dan mengoperasikan program
2LAYINV untuk pengolahan data VLF-R, maka kita dapat menyimpulkan
bahwa data-data yang didapat pada metode VLF-R ialah Jarak , Medan
Listrik Ex, Medan Magnet Hy , Resistivitas semu, dan Fasa. Dari kelima
data tersebut dibuat file.DAT sesuai aturan-aturan program 2LAYINV
untuk mendapatkan tampilan penampang 2D nya. Tampilan tersebut dapat
diatur dengan mengklik control-control yang terdapat pada tampilan
program tersebut. Control yang paling utama ialah control optimize untuk
iterasi pada interpolasi data-data VLF-R sehingga diperoleh harga RMS d
yang sangat kecil.
DAFTAR PUSTAKA
1. Eunhice Skyce, 2010. Metode Elektromagnetik VLF. Jakarta
2. Scrib.com/Metode Elektromagnetik VLF by Dwinnat diakses tanggal
06 Oktober 2012.
3. Dimasain.blogspot.com/Metode VLF by Pemuda Upil/ diakses tanggal
06 Oktober 2012.