Ilmu Geofisika dan Penerapannya

Ilmu Geofisika

Yang dimaksud dengan Ilmu Geofisika adalah ilmu yang mempelajari dengan menggunakan metode fisik dan logika geologi untuk mempelajari struktur bawah permukaan bumi. Pada dasarnya akar bidang keilmuan ada empat, yaitu kimia, fisika, geologi, dan biologi. Geofisika berada diatara fisika Geologi. Sebenarnya ilmu-ilmu kebumian saling berkaitan, yaitu ilmu geologi, ilmu geomatika tetapi ilmu-ilmu ini disfesifikkan untuk menerapkan ilmu-ilmu kebumian. Jika kita peratikan eksplorasi Sumber Daya Alam di bumi ini semakin penting dalam kehidupan manusia. Oleh karena ini para insinyur geofisika berperan penting dalam teknis ekspolitasi SDA. Apalagi peralatan sekarang menggnakan teknologi canggih untuk penerapan kebumian, membuat peta bawah permukaan bumi untuk menentikan titik pengeboran, dan lain-lain

Bumi yang berumur 4,5 miliyaar tahun atau 4,5 x 10 tahun tudak ada atrinya jik dibandingkan keberadaan umat manusi. Dengan umur bumi yang lama ini akan embentuk berbagai macam mineral dan berbagai macam struktur dan lapisan. Para geologiawan telah menentukan  bahwa kulit bumi terecah menjadi lempeng tektonik yang bergerak diatas mantel yang cair.

Gambar 1 : Peta Tektonik Indonesia 

Gambar 2 : Penampang Tektonik

Ilmu geologi berperan penting dalam hal ini yaitu telah menemukan dan mengatur sumber daya alam seprti mnyak gas bumi,  batu bara, tembaga, perak, emas,dll. Imu geofisika sangat beperan penting dalam hal ini juga terutama ekspolrasi bumi, atau bawah tanah atau bawah permukaan bumi.

Metode Geofisika merupakan ilmu yang mempelajari tentang bumi dengan menggunakan pengukuran fisis pada atau di atas permukaan. Dari sisi lain, geofisika mempelajari semua isi bumi baik yang terlihat maupun tidak terlihat langsung oleh pengukuran sifat fisis dengan penyesuaian pada umumnya pada permukaan (Dobrin dan Savit, 1988).

Secara praktis, metode yang umum digunakan di dalam geofisika adalah sebagai berikut :

Metode	Parameter yang diukur	Sifat-sifat fisika yang terlibat
Seismik	Waktu tiba gelombang seismik pantul atau bias, amplitudo dan frekuensi gelombang seismik	Densitas dan modulus elastisitas yang menentukan kecepatan rambat gelombang seismik
Gravitasi	Variasi harga percepatan gravitasi bumi pada posisi yang berbeda	Densitas
Magnetik	Variasi harga intensitas medan magnetik pada posisi yang berbeda	Suseptibilitas atau remanen magnetik
Resistivitas	Harga resistansi dari bumi	Konduktivitas listrik
Polarisasi terinduksi	Tegangan polarisasi atau resistivitas batuan sebagai fungsi dari frekuensi	Kapasitansi listrik
Potensial diri	Potensial listrik	Konduktivitas listrik
Elektromagnetik	Respon terhadap radiasi elektromagnetik	Konduktivitas atau Induktansi listrik
Radar	Waktu tiba perambatan gelombang radar	Konstanta dielektrik

 A.   Metode Gravitas

Metode Gravity (gaya berat) dilakukan untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan berdasarkan perbedaan rapat masa cebakan mineral dari daerah sekeliling (r=gram/cm³). Metode ini adalah metode geofisika yang sensitive terhadap perubahan vertikal, oleh karena itu metode ini disukai untuk mempelajari kontak intrusi, batuan dasar, struktur geologi, endapan sungai purba, lubang di dalam masa batuan, shaff terpendam dan lain-lain. Data percepatan gravitasi setelah melalui proses pengolahan diperoleh anomali percepatan gravitasi bumi.  Anomali percepatan gravitasi diakibatkan oleh perbedaan massa jenis atau struktur geologi (besaran fisis berupa rapat massa, kedalaman, volume/struktur.

  Gambar 3 : Survey Gravity

Pengukuran gravitasi di permukaan bumi dipengaruhi oleh gravitasi bumi di lokasi itu sendiri.Selain itu juga dipengaruhi oleh gaya tarik bulan dan matahari serta benda-benda langit lainnya.Maka hasil pengukuran perlu dilakukan koreksi pasang surut yang diperoleh dari tabel.

Alat Ukur Gravitasi

GRAVITIMETER (La Coste & Ronberg Gravitimeter type G358 dan G617) dengan spesifikasi model zero length spring, skala pembacaan 0 – 7000 mgal, ketelitian pembacaan 0,01 mgal, koreksi drift kurang dari 1 mgal setiap bulannya, memiliki termostat untuk menjaga temperatur alat konstan.

GRAVITIMETER (Worden no 915) jangkauan skala 0 – 2400 satuan skala, sebelum dipergunakan harus di kalibrasi untuk mendapatkan konstanta kalibrasi m (mgal/skala)

Gambar : Gravity Meter LaCoste Romberg (Austin,2004)

Prinsip Kerja

Anomani Bouguer :
1. Anomali Regional : Anomali yang berhubungan dengan massa homogen
2, Anomali Residual : Anomali yang berhubungan dengan target eksplorasi

Beberapa pendukung alat garvimetri adalah : seperangkat Gravitimeter, GPS, peta Geologi dan peta Topografi, penunjuk waktu, Kamera, pelindung gravitimeter.

Adapun tujuan pengukuran gravitasi antara lain : menentukan bentuk bumi,Menemukan distribusi massa bumi, mengestimasi elastisitas bumi, mengamati perubahan gravitasi menurut waktu,men-standar-kan konstanta fisika dan kimia

Gambar : Contoh hasil pengukuran gravitasi
Sumber : (Parasnis, 1973, p 239)

Gambar diatas adalah contoh adanya bijih besi, dibuktikan dengan adanya anomali, grafik pada jarak 0, bila tidak ada anomali maka  grafik miring sesuai dengan perlapisan granit yang miring.

Kontibusi Geomatika :

Tentu saja ilmu geomatika berperan penting dalam hal Gravitasi, terutama dalam eksplorasi Sumber Daya Alam. Diantara Hubungan gravitasi dengan Bumi yaitu masalah pengukuran Pasang Surut (Pasut). Pengukuran ini untuk mengetahui datum titik 0 (referensi nasional untuk mengukur letak/posisi dalah gari vertikal (Ketinggian). Ahli gefisika biasa memanfaatkan hasil pengukuran datum untuk mentranformasikan kedalama batuan atau metrila di bawah permukaan bumi.

Seelain itu kondisi topografi permukaan bumi sngat penting dalam eksplorasi SDA. Tanpa peta topografi mustahil lahan SDA bisa dimanfaatkan. Masalah penentuan letak/posisi serta luas suatu wilayah akan menentukan wilayah SDA itu sendiri.

  

B.   Geolistrik

Metode geolistrik dilakukan dengan menginjeksikan arus listrik DC ke dalam bumi melalui elektroda dan mengukur beda potensial antara dua elektroda potensial dari arus yang ditimbulkan untuk mengetahui perubahan tahanan jenis lapisan batuan di bawah permukaan tanah.

 Gambar : Siklus Elektrik Determinasi Resistivitas dan Lapangan Elektrik Untuk Stratum Homogenus Permukaan Bawah Tanah (Todd, D. K, 1959)

Metode Geolistrik digunakan  dalam bidang geologi teknik seperti penentuan kedalaman batuan dasar, pencaran reservoir air, juga digunakan dalam eksplorasi panas bumi (geothermal). Jarang sekali digunakan untuk eksplorasi minyak bumi, karena jangkauan yang dihadilkan tidak lebih dari 1000 kaki.

Contoh alat yang dipakai dalam metode geolistrik adalah :

 

Gambar : Istrumen Resistivy Meter, Naniura Model NRD 22 S (Bonjotama, W, 2007)

Gambar :Resistivy Meter, Syscal Kid Resistivity Meter serial RS232 (Anonim, 2007b)

Kontribusi Geomatika :

Dalam Geolistrik yang berberan adalah GPS (Goegrafi Position Sistem), Ini digunakan untuk mengetahui posisi atau koordinat bujur dan lintang suatu titik yang akan disurvey oleh ahligeofisika. Penentuan GPS menggunaka satelit luar angkasa, dengan metode tertentu yang di terapkan dalam ilmu geomatika maka pekerjaan surver geofisika akan sangat gampang dalam menggunakan metode geolistrik. Belum lagi Penggunaan Citra satelit untuk lebih menggambarkan topografi.

C.   Magnetik

Metode geomagnetik ini kerak bumi menghasilkan medan magnet jauh lebih kecil daripada medan utama magnet yang dihasilkan bumi secara keseluruhan. Kita dapat mengamati medan magnet tersebut dipebgaruhi oleh suseptibilitas batuan dan remanen magnetiknnya dalam istilah lain anomali magnetiknya.

Pengukuran medan magnet bumi meliputi arah dan intensitas lemagnetannya dan memiliki paraneter fisis. Yaitu :

Deklinasi (D), yaitu sudut antara utara magnetik dengan komponen horizontal yang dihitung dari utara menuju timur

Inklinasi(I), yaitu sudut antara medan magnetik total dengan bidang horizontal yang dihitung dari bidang horizontal menuju bidang vertikal ke bawah.

Intensitas Horizontal (H), yaitu besar dari medan magnetik total pada bidang horizontal.

Medan magnetik total (F), yaitu besar dari vektor medan magnetik total.

Ada tiga tahapan yang digunakan dalam eksplorasi metode magnetik,yaitu : akuisisi data lapangan (penentuan titik pengamatan dan pengukuran dengan satu atau dua alat), processing (koreksi data pengukuran), interpretasi (hasil pengolahan data dengan menggunakan software diperoleh peta anomali magnetik). Metode magnetik sering digunakan dalam eksplorasi pendahuluan minyak bumi, panas bumi,dan batuan mineral serta bisa diterapkan pada pencarian prospek benda-benda arkeologi.

International Geomagnetics Reference Field (IGRF)  adalah standar nilai medan magnetik bumi. Standar ini diperbaharui 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.

Medan magnet bumi terdiri dari 3 bagian :

Medan magnet utama (main field).Medan magnet utama dapat didefinisikan sebagai medan rata-rata hasil pengukuran dalam jangka waktu yang cukup lama mencakup daerah dengan luas lebih dari 10⁶ km².

Medan magnet luar (external field). Pengaruh medan magnet luar berasal dari pengaruh luar bumi 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.

Medan magnet 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.

Metode Pengukuran Data Geomagnetik

Alat yang digunakan dalam pengukuran geomagnetik adalah magnetometer. Peralatan ini digunakan untuk mengukur kuat medan magnetik di lokasi survei. Salah satu jenisnya adalah Proton Precission Magnetometer (PPM) yang digunakan untuk mengukur nilai kuat medan magnetik total. Beberapa peralatan penunjang lain yang sering digunakan di dalam survei magnetik, antara lain (Sehan, 2001) :

1. Kompas geologi, untuk mengetahui arah utara dan selatan dari medan magnet bumi.
2. Peta topografi, untuk menentukan rute perjalanan dan letak titik pengukuran pada saat survei magnetik di lokasi
3. Sarana transportasi
4. Buku kerja, untuk mencatat data-data selama pengambilan data
5. PC atau laptop dengan software seperti Surfer, Matlab, Mag2DC, dan lain-lain.

Pengukuran data medan magnetik di lapangan dilakukan menggunakan peralatan PPM, yang merupakan portable magnetometer. Data yang dicatat selama proses pengukuran adalah hari, tanggal, waktu, kuat medan magnetik, kondisi cuaca dan lingkungan. Tentu saja sebelum melakukan pengukuran kita menentukan base station untuk memudahkan metode pengukuran.

Kontribusi :

Saya pikir metode ini sama dengan alat survey dalam geomatika, yaitu adanya kaibrasi alat. Kami dari geomatika dalam kondisi seperti ini berperan dalam penetuan arah medan magnetik. Dalam Peta pasti ada arahnya serta keadaan sekitar untuk menentukan arah peta. Selain itu SIG(System Informasi Geospasil) sangat berperan dalam hal ini, untuk menyusun struktur dalam dan luar kulit bumi.

D.            Hidrogeology

Siklus hidrogeologi (air tanah) merupakan caban ilmu geologi yang mempelajari interaksiair tanah dalam sistem geologi. Interaksi tersebut dapatberupa interaksi mekanis, kimia, dan termal antara air dengan padatan berbentuk akifier serta transportasi energi dan unsur kimia dalam alairan air (Domenico dan Schwartz, 1990).

Siklus Hidrogeologi

Ada dua aspek dalam observasi hidrogeologi yaitu (asek padatan (sifat fisik dan hidtolik batuan penyusun akifier) dan aspek fluida (aliran air dalam akifier). DiIndonesia memilki banyak cekungan air, terdiridari 224 cekungan air tanah(groundwater basin). Karakateristik Cekungan Indonesia dicirikan karena kondisi geologi dan hidrologi tertentu.

Dari hasil tersebut terdiri dari 3 sistem akifier :

1.      Sistem Akifier Endapan gunungapi,

2.      Sistem Akifier Endapan batugamping karst

3.      Sistem Akifier Endapan sistem terlipat

4.      Sistem Akifier Endapan aluvial sungai

5.      Sistem Akifier Endapan pantai

6.      Sistem Akifier Endapan kristalin

Kontribusi Geomatika :

Dalam hal ini kita bisa membuat suatu keputusan. Diantara penentuan suatu kawasan. Karena Kondisi di Indonesia memilki cekungan yang banyak dengan letak strategis dengan air, tentu saja proses pengolahannya harus diatur. Saya memiliki pemikiran bahwa jika kondisi geografis termasuk penggunaannya tidak diatur, maka pemanfaatan air tidak akan maksimal. Saya ambil contoh, didaerah daratana tentu saja kondidi airnya banyak, dan mengancam banjir. Disini kita akan membuan pembagian wilyah, dengan memanfaatkan data survey dari geofisika maka daerah kita bagi menurut kebutuhan ainya. Dengan memanfaatkan Sintem Informasi Geospasial maka akan dengan sangat mudah dalam mengelola tatanana kependudukan termasuk kebutuhan air. Dan tentu saja ini ada dukungan dengan dari pemerintah setempat.

Jadi Apa?

Saya dari geomatika menyimpulkan dengan kondisi geografis kita sekarang dan peran geofisika dalam survey bawah permukaan bumi, kita bisa memprediksi yang akan terjadi di permukaan bumi dalam kurun waktu tertentu.

Gelombang Seismik sangat berpengaruh dalam luas daratan. Karena seiring perubahan waktu, luas permukaan bumi akan berkurang. Disini Geomatika akan membuat suatu predikdi yang akan terjadi 12-30 tahun kedepan untuk memetakan topografi permukaan bumi.

Dengan memafaatkan metode seismik geofisika akan sangat mudah kita mengatasi masalah administrasi wilayah, termasuk mengatasi masalah wilayah Indonesia.

Selain itu juga dalam masalah survey, geomatika akan bisa menyimpulkan jika semua Sumber Daya Alam di Indonesia terus diburu oleh perusahaan-perusahaan, tentu saja akan merugikan kita sendiri. Geomatika bisa membuat keadan permukaan bumi karena akan habisnya sumber daya alam dengan memanfaatkan citra satelit luar angkasa. Kita juga akan mengatasi pembagian masalah-masalah ekspolitasi Sumber Daya Alam. Karena semua eksplorasi Sumber daya Alam yang pertama survey adalah Geomatika untuk survey topografi suatu wilayah. Tanpa Geomatika tidak ada manfaat Sumber Daya Alam.

Referensi

• Prof. Deny Juanda Puradmaja, Hidrologeologi Kawasan Gunungapi dan Karst di Indonesia, Balai Pertemian Ilmiah ITB, 22 Desember 2006
• Nandi, S.pd . Sumberdaya Hidrogeologi, Jurusan Pendidikan Geografi Universitas Pendidikan Indonesia , 2006
• Sudaryo dan Rohima, Pengolahan Data Geolistrik Dengan Metode Schlumberger, Jurusan Teknik Geologi Fakultas Teknik Undip, 2008
• Teknologi Eksplorasi Geofisika, Arsip Universitas Sriwijaya Palembang, 2012
• Metode Gravitasi, Jurusan Teknik Geologi Universitas Hasanuddin,2008
• Prof. Dr. Ir. Djoko Santoso, M.Sc, Pengantar teknik geofisika, ITB Bandung ,2002
• Metode Gravity, Lab Geofisika jurusan/prodi Fisika FMIPAUniversitas Padjadjaran. 2012.