4. Seismik Refraksi

By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc.

Metode Geofisika “Seismik”

Jurusan Teknik Geologi Fakultas Teknologi Mineral Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta

Let’s, exploring the Earth with Geophysics !!!

Bidang “Seismik”

Seismotektonik (Seismologi, gempa bumi)

Seismovulkanik (Gunung Api)

Seismik Eksplorasi Pantul (Minyak dan Gas Bumi)

Site Effect Seismik (site amplification)

Seismik Bias (Eksplorasi Dangkal, Geoteknik)

1. Pendahuluan

By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc. ( Sumber: Sismanto, 2001)

2. Prinsip Metode Seismik ( Sumber: Sismanto, 2001)

Sumber gelombang seismik

(di permukaan Bumi)

Material Bumi bersifat elastik.

Gelombang merambat ke dalam Bumi ke segala arah.

Gelombang mencapai bidang batas antar

lapisan.

Sebagian

1. Dipantulkan

2. Dibiaskan.

Menuju ke permukaan Bumi.

Gelombang ditangkap detektor/ Geophone.


Metode Gel. Seismik

Aktif

Menggunakan gangguan yang dibuat manusia.

Contoh: (Getaran suara, dinamit).

Pasif

Gangguan yang muncul secara

alamiah

Contoh: Gempa

Menurut sumber gelombangnya

By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc. Sumber: Waluyo, 2012


Gelombang Seismik

Gelombang Badan

Gelombang P (Primer)/

Longitudinal.

Gelombang S (Skunder)/

Transversal

Gelombang SV

Gelombang SH

Gelombang Permukaan

Gelombang Rayleigh (R)

Gelombang Love

Gelombang Stonely

(seperti rambatan suara)

(seperti gerakan gelombang air)

Menurut jenis gelombangnya

(Sumber: Waluyo, 2012)


Gambar 1. Gelombang badan (kiri) dan Gelombang permukaan (kanan).

• Gelombang Badan merambat dalam badan medium yang berarti dapat pula merambat di permukaan medium (seperti rambatan suara).

• Gel. P dapat menjalar dalam segala medium (padat, cair dan gas). • Gerakan partikel medium yang dilewati gelombang ini adalah searah

dengan arah penjalaran gelombangnya.

• Gel. S: hanya dapat menjalar dalam medium padat. • Gerakan partikel yang disebabkan oleh penjalaran gelombang ini tegak

lurus arah penjalaran gelombangnya.

• Gelombang SV: Gel. S yang gerakan partikelnya terpolarisasi pada bidang vertikal.

• Gelombang SH: Gel. S yang gerakan partikelnya horisontal.

By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc. Sumber: Waluyo, 2012

P wave : Dan Russell animations – A wave pulse

Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University

Gambar 2. Penjalaran Gelombang P model 2D. (Sumber: http://www.kettering.edu/~drussell/demos.html)

http://www.kettering.edu/~drussell/demos.html

Compressional Wave (P-Wave) Animation

Deformation propagates. Particle motion consists of alternating compression and dilation. Particle motion is parallel to the direction of propagation (longitudinal). Material returns to its original shape after wave passes.

Gambar 3. Penjalaran Gelombang P model 3D.

S Wave : Dan Russell animations – Transverse wave


Gambar 4. Penjalaran Gelombang S model 2D (Sumber: http://www.kettering.edu/~drussell/demos.html

.


Dan Russell animations – The people wave


Gambar 5. Analogi penjalaran Gelombang S dengan gerakan orang.

(Sumber: http://www.kettering.edu/~drussell/demos.html )




Shear Wave (S-Wave) Animation

Deformation propagates. Particle motion consists of alternating transverse motion. Particle motion is perpendicular to the direction of propagation (transverse). Transverse particle motion shown here is vertical but can be in any direction. However, Earth’s layers tend to cause mostly vertical (SV; in the vertical plane) or horizontal (SH) shear motions. Material returns to its original shape after wave passes.

Gambar 6. Penjalaran Gelombang S model 3D

Dan Russell animations – Rayleigh wave

Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University.

Gambar 7. Penjalaran Gelombang R model 2D (Sumber: http://www.kettering.edu/~drussell/demos.html )




Rayleigh Wave (R-Wave) Animation

Deformation propagates. Particle motion consists of elliptical motions

(generally retrograde elliptical) in the vertical plane and parallel to the direction

of propagation. Amplitude decreases with depth. Material returns to its

original shape after wave passes.

Gambar 8. Penjalaran Gelombang R model 3D..

Love Wave (L-Wave) Animation

Deformation propagates. Particle motion consists of alternating transverse motions. Particle

motion is horizontal and perpendicular to the direction of propagation (transverse). To aid in

seeing that the particle motion is purely horizontal, focus on the Y axis (red line) as the wave

propagates through it. Amplitude decreases with depth. Material returns to its original shape

after wave passes.

Gambar 9. Penjalaran Gelombang Love model 3D.

Ketika terjadi gempabumi, gelombang badan dan permukan merambat ke segala arah dari titik fokus pada saat yang bersamaan.

Gelombang P paling cepat, diikuti oleh gelombang S, dan kemudian oleh gelombang L dan yang terakhir adalah gelombang R.

Perbedaan antara waktu kedatangan gelombang P dan S adalah fungsi jarak fokus dengan seismograf.

Kecepatan rambat gelombang seismik P dan S ditentukan oleh sifat densitas dan elastisitas material yang dilewati, dimana keduanya bertambah besar bila semakin dalam.

Kecepatan gelombang seismik berkurang dengan bertambahnya densitas namun bertambah cepat dengan bertambahnya elastisitas. Karena semakin dalam elastisitas bertambah lebih cepat daripada densitas, maka secara umum kecepatan gelombang seismik bertambah sesuai kedalaman.

Rambatan gelombang P lebih cepat daripada gelombang S. Namun tidak seperti gelombang P, gelombang S tidak bisa dirambatkan karena medium cair tidak memiliki kekuatan geser (shear strenght atau rigidity ). Mereka hanya mengalir saja bila terkena gaya geser.

Sumber: Waluyo, 2012


Metode Seismik

Seismik Bias

(Refraksi) Seismik Bias

Dangkal Geoteknik

Pendirian bangunan,

bendungan, Pabrik, dll.

Seismik Bias

Dalam

Mempelajari interior dan kulit Bumi

Sumbernyanya dari gempa

tektonik atau ledakan

percobaan nuklir.

Seismik Pantul

(Refleksi)

Mencari cadangans minyak

( Sumber: Sismanto, 2012)

Simple Raypath Horizontal Model

Gambar 10. Penjalaran Gelombang langsung.

Sumber Geophone

Gelombang langsung

Kedalaman

Kec. Lapisan1

Kec. Lapisan2 Batas Lapisan 1&2

Jarak S & G

Gambar 11. Penjalaran gelombang pantul. By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc.

Gelombang Pantul

Gambar 12. Penjalaran gelombang bias. By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc.

Gelombang Bias

Indikasi parameter dominan yang mempengaruhi kecepatan gelombang

(Schon, 1998).

Komposisi mineral matrik batuan.

Konsolidasi dan sementasi matrik batuan.

Porositas, bentuk pori dan isi pori.

Suhu dan tekanan.

Pengamatan refraksi membutuhkan cakupan lokasi sumber dan penerima yang sempit, sehingga relatif murah

dalam pengambilan datanya.

Prosesing refraksi relatif simpel dilakukan, kecuali proses filtering untuk

memperkuat sinyal first break yang dibaca.

Karena pengambilan data dan lokasi yang cukup kecil, maka pengembangan model

untuk interpretasi tidak terlalu sulit dilakukan seperti metode geofisika

lainnya.


3. Seismik Bias

( Sumber: Sismanto, 2012)

Dalam pengukuran yang regional , Seismik refraksi membutuhkan offset yang lebih lebar.

Seismik bias hanya bekerja jika kecepatan gelombang meningkat sebagai fungsi kedalaman.

Seismik bias biasanya diinterpretasikan dalam bentuk lapisan-lapisan. Masing-masing lapisan memiliki dip dan topografi.

Model yang dibuat didesain untuk menghasilkan waktu jalar teramati.

Seismik bias hanya menggunakan waktu tiba sebagai fungsi jarak (offset).

By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc. ( Sumber: Sismanto, 2012)

Gambar 13. Gelombang seismik menjalar pada batuan yang homogen/seragam dengan bertambahnya kecepatan terhadap

kedalaman (A) Penjalaran antara gempabumi dan stasiun perekam (B) Sebaran pada semua arah dari pusat gempabumi

(Sumber: Carlson, et al, 2008). By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc.

Seismik bias pada batuan homogen

Batuan sedimen Batuan sedimen


Seismik bias dangkal untuk mengetahui batas lapisan batuan.

Batuan sedimen

Batuan beku

Gambar 14: Gelombang bias pada medium/batuan yang berbeda ( Sumber: Carlson, et al, 2008)

Geophone Vertikal Sumber Palu

Rock: Vp2

Soil: Vp1

osiloskop

x1 x2 x3 x4

t1 t2 t3 t4

Kecepatan Vp1 < Vp2

zR

Tentukan kedalaman lapisan rock, zR


Gambar 15. Penjalaran Gelombang seismik bias dangkal.

(Sumber: Pasasa, 2004)

3.2 Seismik bias dalam untuk mempelajari interior dan kulit

Bumi.

By: Nurul Dzakiya, S.Si., M.Sc. ( Sumber: Carlson, et al, 2008)

Hukum Snellius

Gambar 16. Hukum Snellius (Sumber: Pasasa, 2004)


Gambar 17 . (A) Kecepatan lapisan 1 (V1) < Kecepatan lapisan 2 (V2) (B) Kecepatan lapisan 1 (V1) >

Kecepatan lapisan 2 (V2) ( Sumber: Carlson, et al, 2008)

Batuan sedimen

Batuan sedimen

Batuan beku Batuan beku


Gambar 18. Seismik bias dalam digunakan untuk mendeteksi batas antara lapisan-lapisan batuan ( Sumber: Carlson, et al, 2008).


Batuan sedimen

Batuan beku

Gambar 19. kerak samudra tipis mempunyai kecepatan 7 km/s, dimana ketebalan benua mempunyai sebuah kecepatan redah. Kecepatan di

Mantel sekitar 8 km/s. Kerak samudra dan benua ditentuka oleh berkurangnya kecepatan Gel. P ( Sumber: Carlson, et al, 2008).



Gambar 20. Struktur Bumi ditentukan dari variasi pada Gel. S dan Gel. P dan perkiraan densitas ( Sumber: Carlson, et al, 2008)

Kecepatan Gel seismik P dan S umumnya bertambah terhadap kedalaman kecuali pada zona kecepatan rendah. Asthenosfer plastik memperlambat gelombang seismik. Kecepatan bertambah pada 400-670 km mungkin dikarenakan oleh hilangnya mineral. Gel. S tidak lolos melewati inti luar tetapi mampu melewati inti dalam yang padat.



Referensi • Carlson, Plummer, McGeary, 2008, Physical Geologi: Earth Revealed Seventh Edition: United

States.

• Pasasa, Linus, 2004, Prepared by Tom Sheeran Donnerstaag: Presentasi Power Point telah dibawakan dalam semester Break Geofisika ITB: Bandung.

• Shcon, J.H, 1998, Physical Properties of Rock: Fundamentals and Principles of Petrophysics, Institute of Applied Geophysics: Leoben, Austria.

• Sismanto, 2012, Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada: Geofisika untuk Ekplorasi Sumber Daya Alam. FMIPA, UGM: Yogyakarta.

• Sismanto, 2001, Teori dan Aplikasi Metode Seismik Refraksi. Laboratorium Geofisika, FMIPA, UGM: Yogyakarta.

• Waluyo, 2012, Diktat Kuliah Seismologi: Dasar-dasar Seismologi dan Aplikasinya. Prodi S2 Ilmu Fisika Bidang Geofisika, FMIPA: Universitas Gadjah Mada: Yogyakarta.






Merantaulah,,,!!! kau akan dapatkan pengganti dari

kerabat dan kawan. Berlelah-lelahlah!!!

Manisnya hidup terasa setelah lelah berjuang.

(Imam Syafi’i)


Documents

4. Seismik Refraksi