Metode Seismik RefraksiGelombang seismik merupakan gelombang mekanis yang terjadi di bumi baik yang disebabkan secara alami maupun buatan manusia. Adapun pengertian refraksi secara harfiah adalah pembiasan. Sehingga seismic refraksi adalah pembiasan gelombang seismic. Selain refraksi dikenal pula seismic refleksi atau pantulan, namun dalam laporan ini hanya dibahas tentang seismic refraksi karena dalam penelitian yang dilakukan di daerah Seling hanya menggunakan metoda refraksi.Pada dasarnya dalam metoda ini diberikan suatu gangguan berupa gelombang seismic pada suatu sistem dan kemudian gejala fisisnya diamati dengan menangkap gejala tersebut melalui receiver (geophone). Hal tersebut akan menghasilkan gambaran tentang kecepatan dan kedalaman lapisan berdasarkan pengukuran waktu tempuh gelombang antara sumber getaran (shot) dan geophone. Adapun waktu yang diperlukan oleh gelombang seismic untuk merambat pada lapisan batuan bergantung besar kecepatan yang dimiliki oleh medium yang dilaluinya tersebut.Dalam peneletian yang dilakukan di daerah Seling ini metoda seismic refraksi digunakan untuk mengetahui jumlah lapisan yang ada pada daerah tersebut dan diketahui pula nilai densitas dari setiap lapisan sehingga kita dapat memperkirakan karakteristik batuan yang sesuai dengan densitas batuan yang diketahui. Dengan mengetahui jenis batuan yang diperkirakan dari lapisan tersebut kita bisa menduga batuan di lapisan mana yang berkemungkinan menjadi bidang lincir yang menyebabkan pergerakan tanah di daerah Seling tersebut.Teori DasarDalam penjalaran gelombang seismic yang terjadi di bumi mengikuti beberapa prinsip fisika perambatan gelombang pada suatu medium yaitu :1. Prinsip HuygenSuatu gelombang yang melewati suatu titik akan membuat titik tersebut menjadi sumber gelombang baru dan akan begitu seterusnya.1. Prinsip FermatDalam penjalaran gelombang dari satu titik ke titik selanjunya yang melewati suatu medium tertentu akan mencari suatu lintasan dengan waktu tempuh yang paling sedikit.1. Prinsip SnelliusGelombang yang merambat dan melalui medium yang berbeda akan mengalami pembiasan maupun pemantulan. Adapun dalam pembiasan maupun pemantulannya akan mengikuti persamaan berikut :

Sedangkan untuk sudut kritis (q2 = 900) maka persamaannya akan berubah menjadi :

dikarenakan sin 900 = 1Dalam penjalaran gelombang seismic gelombang yang datang pertama kali adalah gelombang langsung (jaraknya paling kecil) setelah itu adalah gelombang bias dan yang paling terakhir ditangkapa adalah gelombang pantul (refleksi).Selain prinsip utama penjalaran gelombang sebagaimana dijelaskan sebelumnya dalam metoda refraksi dikenal pula prisip Hagiwara. Metoda Hagiwara ini digunakan untuk menentukan kedalaman suatu lapisan dari daerah yang kita survey yaitu daerah Seling. Ketika digunakan metoda Hagiwara sebagai metoda intrepetasi maka diperlukan suatu pasngan kurva travel time bolak-balik (reciprocal travel time curve) yang direfraksikan dari suatu lapisan pada kedalaman lapisan yang diselidiki.Akuisisi dataDalam pengambilan data seismic refraksi agar menghasilkan kualitas data yang bagus dan mengandung bentuk first break yang tajam dapat dilakukan beberapa cara antara lain : stacking, memperbesar kekuatan shoting, dan filtering. Dalam pengambilan data yang menggunakan dinamit sebagai sumber getaran maka perlu diperhatikan tempat yang tepat sehingga energy dinamit dapat terkonversi menjedi energy seismic secara efektif.3. Metode GPR (Groun Penetrating Radar)Metode ground penetrating radar atau georadar merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio dengan frekuensi antara 1-1000 MHz. Georadar menggunakan gelombang elektromagnet dan memanfaatkan sifat radiasinya yang memperlihatkan refleksi seperti pada metode seismik refleksi.Pengukuran dengan menggunakan GPR ini merupakan metode yang tepat untuk mendeteksi benda benda kecil yang berada di dekat permukaan bumi (0,1-3 meter) dengan resolusi yang tinggi yang artinya konstanta dielektriknya menjadi rendah.Ada tiga jenis pengukuran yaitu refleksi, velocity sounding, dan transiluminasi. Pengukuran refleksi biasa disebut Continuous Reflection Profiling (CRP). Pengukuran velocity Sounding disebut Common Mid Point (CMP) untuk mementukan kecepatan versus kedalaman, dan transiluminasi disebut juga GPR Tomografi.Teori DasarGPR terdiri dari sebuah pembangkit sinyal, antena transmitter dan receiver sebagai pendeteksi gelombang EM yang dipantulkan. Signal radar ditransmisikan sebagai pulsa-pulsa yang tidak terabsorbsi oleh bumi tetapi dipantulkan dalam domain waktu tertentu. Mode konfigurasi antena transmitter dan receiver pada GPR terdiri dari mode monostatik dan bistatik. Mode monostatik yaitu bila transmitter dan receiver digabung dalam satu antena. sedangkan moded bistatik bila kedua antena memiliki jarak pemisah.Transmitter membangkitkan pulsa gelombang EM pada frekuensi tertentu sesuai dengan karaketristik antena tersebut (10 MHz 4 GHz). Receiver diset untuk melakukan scan yang secara normal mancapi 32-512 scan per detik. Setiap hasil scan ditampilkan pada layar monitor (real-time) sebagai fungsi waktu two-way traveltime, yaitu waktu yang dibutuhkan gelombang EM menjalar dari transmitter, target dan ke receiver. Tampilan ini disebut radargram.Fenomena elektromagnetik dapat dijelaskan dengan persamaan Maxwell. Persamaan ini terdiri dari 4 persamaan medan dan untuk tiap-tiap persamaan merupakan hubungan antara medan dengan distribusi sumber yang bersangkutan.Persamaan yang menghubungkan sifat fisik medium dengan medan yang timbul pada medium tersebut dapat dinyatakan dengan :

Keterangan :H = intensitas medan magnet (ampere/m)D = perpindahan listrik (coulomb/m2) = permitivitas listrik (farad/m) = konduktivitas (1/ohm-m)Untuk menyederhanakan masalah, sifat fisik medium diasumsikan tidak bervariasi terhadap waktu dan posisi (homogen isotropi). Maka persamaan Maxwell dapat ditulis sebagai berikut :

Persamaan Maxwel ini adalah landasan berpikir dari perambatan gelombang elektromagnet. Pada material dielektrik murni suseptibilitas magnetik () dan permitivitas listrik () adalah konstan dan tidak terdapat atenuasi dalam perambatan gelombang. Tidak sama halnya jika berhadapan dengan material dielektrik yang ada.Sifat-sifat dari material bumi bergantung dari komposisi dan kandungan air material tersebut. Keduanya ini mempengaruhi cepat rambat perambatan gelombang dan atenuasi gelombang elektromagnet.Keberhasilan dari metoda GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang tertransmisikan. Perbandingan energi yang direfleksikan disebut koefisien refleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnet dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari media yang berdekatan. Hal ini dapat terlihat pada persamaan berikut :

Keterangan :V1 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 1V2 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 2 , dan V1 < V21 dan 2 = konstanta dielektrik relatif lapisan 1 dan lapisan 2Dalam semua kasus, besarnya R terletak antara -1 dan 1. bagian dari energi yang ditransmisikan sama dengan 1-R. Persamaan diatas daplikasikan untuk keadaan normal pada permukaan bidang datar. Dengan asumsi tidak ada sinyal yang hilang sehubungan dengan amplitudo sinyal.Jejak yang terdapat pada rekaman georadar merupakan konvolusi dari koefisien refleksi dan impulse georadar ditunjukkan oleh persamaan :

Keterangan :r(t) = koefisien refleksiA(t) = amplitudo rekaman georadarF(t) = impulse radarn(t) = noise radarBesar amplitudo rekaman georadar r(t) akan tampak pada penampang rekaman georadar berupa variasi warna. Refleksi atau transmisi di sekitar batas lapisan menyebabkan energi hilang. Jika kemudian ditemukan benda yang memiliki dimensi yang sama dengan panjang gelombang dari sinyal gelombang elektromagnet maka benda ini menyebabkan penyebaran energi secara acak. Absorbsi ( mengubah energi elektromagnet menjadi energi panas ) dapat menyebabkan energi hilang. Penyebab yang paling utama hilangnya energi karena atenuasi fungsi kompleks dari sifat lstrik dan dielektrika media yang dilalui sinyal radar. Atenuasi () tergantung dari konduktifitas (), peermeabilitas magnetik (), dan permitivity () dari media yang dilalui oleh sinyal dan frekuensi dari sinyal itu sendir (2f). Sifat bulk dari material ditentukan oleh sifat fisik dari unsur pokok yang ada dan komposisinya.

Gelombang seismik adalah gelombang mekanis yang muncul akibat adanya gempa bumi. Sedangkan gelombang secara umum adalah fenomena perambatan gangguan (usikan) dalam medium sekitarnya. Gangguan ini mula-mula terjadi secara lokal yang menyebabkan terjadinya osilasi (pergeseran) kedudukan partikel-partikel medium, osilasi tekanan maupun osilasi rapat massa. Karena gangguan merambat dari suatu tempat ke tempat lain, berarti ada transportasi energi.Gelombang seismik disebut juga gelombang elastik karena osilasi partikel-partikel medium terjadi akibat interaksi antara gaya gangguan (gradien stress) malawan gaya-gaya elastik. Dari interaksi ini muncul gelombang longitudinal, gelombang transversal dan kombinasi diantara keduanya. Apabila medium hanya memunculkan gelombang longitudinal saja (misalnya di dalam fluida) maka dalam kondisi ini gelombang seismik sering dianggap sabagai gelombang akustik.Dalam eksplorasi minyak dan gas bumi, seismik refleksi lebih lazim digunakan daripada seismik refraksi. Hal tersebut disebabkan karena siesmik refleksi mempunyai kelebihan dapat memberikan informasi yang lebih lengkap dan baik mengenai keadaan struktur bawah permukaan.Penyelidikan seismik dilakukan dengan cara membuat getaran dari suatu sumber getar. Getaran tersebut akan merambat ke segala arah di bawah permukaan sebagai gelombang getar. Gelombang yang datang mengenai lapisan-lapisan batuan akan mengalami pemantulan, pembiasan, dan penyerapan. Respon batuan terhadap gelombang yang datang akan berbeda-beda tergantung sifat fisik batuan yang meliputi densitas, porositas, umur batuan, kepadatan, dan kedalama batuan. Galombang yang dipantulkan akan ditangkap oleh geophone di permukaan dan diteruskan ke instrument untuk direkam. Hasil rekaman akan mendapatkan penampang seismik.

5. Metoda Seismik pantul (refleksi) dan Bias (refraksi). Metoda seismik berdasarkan bahwa kecepatan penjalaran gelombang seismik ditentukan oleh sifat elastisitas mediumnya. Gelombang yang melalui media yang berbeda kepadatannya akan mempunyai kecepatan penjalaran yang berbeda. Pada dasarnya dalam metoda ini kita memberikan suatu gelombang seismik buatan (dengan ledakan, misalnya) pada suatu media, dan kemudian diamati gejala penjalarannya dengan menangkap gejala tersebut melalui geofon. Dari patron gelombang yang tertangkap ini kita mencoba menafsirkan apa yang terkandung di dalam tanah di daerah yang sedang diteliti. Metoda pantul meneliti pantulan gelombang yang dibuat orang (misalnya bahan peledak) oleh lapisan batuan di bawah tanah. Pencatatan gelombang pantul dilakukan oleh geofon. Dari perhitungan beda waktu peledakan dengan penerimaan oleh geofon, maka kedalaman suatu horizon pemantul (reflektor) di bawah tanah dapat diketahui. Metoda ini biasanya untuk mengadakan penelitian di tempat yang dalam. Akhir- akhir ini sering pula metoda ini dipergunakan untuk penelitian di tempat dangkal (Jackson, 1981), meliputi penelitian ke dalam lapisan batuan dan struktur geologi. Gambaran cara kerja metoda seismik pantul tampak . Sumber gelombang biasnya dinamit, palu hidrolis, atau vibroseis yang dikembangkan oleh continental oil company. Lubang tembak dibuat dengan bor hingga mencapai kedalaman di bawah lapisan tanah. Jalur pengukuran sebaiknya menghindari kota, bentangan transmisi, dan jalan air. (Jackson, 1981). Pencatat (recorder) terdiri dari banyak geopon, yang disusun dalam 24 rangkaian (channel). Setiap rangkaian biasanya terdiri dari 8 buah geopon atau kelipatan dari 8. letak rangkaian tergantung kepada bentuk topografi. Jarak antara setiap geopon di dalam satu rangkaian biasanya 1 meter atau lebih, sedangkan jarak antara rangkaian bisa mencapai 15 m. Metoda ini memerlukan banyak perhitungan yang cukup ruwet dengan hasil yang bisa cukup diteliti. Metoda seismik refraksi hampir serupa dengan metoda pantul, akan tetapi metoda ini lebih sederhana. Sumber gelombang didekat permukaan (kurang lebih 1 m di bawah permukaan tanah), tidak perlu pemboran seperti pada metoda pantul. Jumlah geoponnya hanya 24 buah, karena pada setiap rangkaian (channel) cukup 1 buah saja. Gelombang yang dicatat adalah gelombang bias yang setelah mencapai sudut kritis dan kemudian merambat melalui batas litologi, dan akhirnya ditangkap oleh geofon di permukaan. Jangkauan metoda ini terbatas di tempat dangkal, mencapai kedalaman kurang lebih sepertiga dari panjang bentangan geofonnya. Gambaran stratigrafi dan struktur yang didapat dari metoda ini biasanya bermanfaat untuk menunjang eksplorasi batubara di daerah dangkal.

Metode seismik didasarkan pada gelombang yang menjalar baik refleksi maupun refraksi. Ada beberapa anggapan mengenai medium dan gelombang dinyatakan sebagai berikut : a. Anggapan yang dipakai untuk medium bawah permukaan bumi antara lain:

1. Medium bumi dianggap berlapis-lapis dan tiap lapisan menjalarkan gelombang seismik dengan kecepatan berbeda.

2. Makin bertambahnya kedalaman batuan lapisan bumi makin kompak. b. Anggapan yang dipakai untuk penjalaran gelombang seismik adalah :

1. Panjang gelombang seismik