BAB III

STUDI KASUS 1 : Model Geologi dengan Struktur Lipatan

Dalam suatu eksplorasi sumber daya alam khususnya gas alam dan minyak bumi, para

eksplorasionis umumnya mencari suatu cekungan yang berisi endapan-endapan bahan

organik hasil proses tranportasi dari batuan asalnya. Tentu saja tidak semua cekungan

akan menghasilkan sumber terciptanya minyak dan gas bumi karena ada syarat-syarat

yang harus dipenuhi. Kadar kandungan organik cekungan dan temperatur cekungan

tersebut menjadi syarat utama bagi terciptanya sumber minyak atau gas bumi.

Temperatur cekungan berhubungan dengan kedalamannya itu sendiri sesuai dengan

gradien geothermal bumi sekitar 1º C setiap 30 km. Tentu saja cekungan yang terbentuk

itu telah ada selama jutaan tahun yang lalu sehingga suhunya cukup tinggi dan letaknya

sudah ada di bawah permukaan bumi cukup dalam. Setelah terpanaskan sumber batuan

tersebut menghasilkan minyak bumi yang memiki fasa cair (liquid) dan kemudian

mengalami proses yang dinamakan migrasi atau perpindahan minyak bumi. Perpindahan

tersebut bergerak ke daerah yang tekanannya lebih rendah melalui pori pori batuan

sehingga sampai pada suatu tempat dimana pori-porinya semakin kecil dan susah untuk

di lewati. Proses inilah yang menyebabkan minyak berkumpul dan terperangkap. Ada

dua jenis perangkap bagi minyak bumi, yaitu perangkap struktur dan perangkap

stratigrafi. Perangkap struktur disebabkan oleh geometri suatu lapisan bumi yang

diakibatkan oleh proses tektonik bumi contohnya bentuk lapisan antiklin. Perangkap

stratigrafi lebih disebabkan karena adanya proses perubahan fasies dalam suatu lapisan

tersebut contohnya pembajian dsb.

Pada bab ini akan dilakukan pemodelan gelombang pada salah satu contoh perangkap

minyak bumi yang sering dijumpai terlebih pada eksplorasi-eksplorasi hidrokarbon

zaman dahulu yaitu perangkap struktur. Perangkap struktur terbentuk karena daerah

tersebut merupakan daerah yang mengalami proses tektonik yang cukup kuat sehingga

terkena gaya stress. Perangkap struktur yang akan di bahas pada kali ini adalah

perangkap struktur jenis lipatan. Lipatan terdiri struktur antiklin dan sinklin. Hidrokarbon

pada umumnya sering berkumpul pada titik maksimum (crest) dari suatu antiklin.

18

Lipatan (fold) merupakan perubahan bentuk atau volum akibat adanya suatu gaya yang

bekerja pada medium (lapisan bumi). Perubahan bentuknya berupa pelengkungan garis

atau bidang pada medium tersebut. Lipatan dapat berupa pelengkungan lemah yang

memiliki skala luas dengan panjang bisa lebih dari ratusan kilometer sampai pada skala

mikroskopis dalam satuan milimeter. Lipatan merupakan hasil deformasi ductile akibat

kompresi dan shear stress. Lengkungan ke atas atau cekung ke arah bawah disebut

antiklin dan sebaliknya lengkungan ke arah bawah dinamakan sinklin. Umumnya kedua

bentuk ini berpasangan. Lereng sebelah menyebelah pada antiklin atau sinklin disebut

sayap (limb), puncaknya disebut crest, dan titik terendah dinamakan trough. Bidang

simetri antara sayap disebut bidang sumbu (axial plane), dan garis potongnya dengan

permukaan, yang melalui crest maupun trough disebut sumbu lipatan (fold axis).

Gambaran umum mengenai lipatan dan komponen-komponennya dapat dilihat pada

Gambar 3.1

Gambar 3.1: Model lipatan (encyclopedia britanica .inc)

Struktur lipatan, khususnya antiklin, sangat dicari pada eksplorasi minyak bumi karena

minyak mencari tempat yang lebih lebih tinggi sehingga banyak berkumpul dan

terperangkap pada ujung antiklin (crest). Tetapi tidak hanya itu saja, hal yang juga

penting adalah adanya lapisan penutup diatas perangkap antiklin tadi sehingga minyak

yang sudah berkumpul tidak keluar kemana-mana. Lapisan penutup tersebut berupa

lapisan impermeabel seperti lapisan lempung. Pada Gambar 3.2 ditampilkan konsep

terperangkapnya minyak dan gas bumi pada suatu struktur antiklin Terperangkapnya

minyak juga tidak lepas dari peranan lapisan impermeabel di atas lapisan reservoir.

19

Gambar 3.2: Perangkap struktur antiklin

Melihat pentingnya peran struktur lipatan dalam eksplorasi hidrokarbon maka dipakailah

lipatan sebagai model lapisan pada simulasi penjalaran gelombang seismik. Simulasi

gelombang seismik dilakukan sebanyak dua kali. Pertama pada model lipatan dengan

asumsi medium akustik isotropik dan yang kedua pada model lipatan medium elastik

isotropik.

III.1 Persiapan Pembuatan Model Lipatan

Pembuatan model dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak “Seismic Unix” yaitu

program ”unif2” sehingga dihasilkan model sebagai berikut :

Gambar 3.3: Parameter fisik model lipatan

Model yang dibuat berukuran 6000 m x 3000 m dengan menggunakan spasi grid sebesar

5 m , sedangkan jumlah grid di dalam model tersebut adalah 1601 x 1001=1.600.000 grid

20

Semakin banyak jumlah grid maka hasil simulasi gelombang nya semakin baik akan

tetapi waktu yang dibutuhkan untuk menjalankan programnya semakin lama. Setelah

dilakukan trial dan error untuk menentukan jarak antar spasi yang optimum maka jumlah

grid di atas menunjukkan hasil yang paling baik. Penambahan grid dilakukan pada tiap

tepi model lipatan tersebut agar pantulan dari samping model dapat dihindari. Grid yang

ditambahkan pada model diatas sebesar 200 buah. Jumlah lapisan dalam model tersebut

sebanyak tiga lapisan yang parameter elastiknya dapat dilihat pada Tabel 3.1,

Tabel 3.1: Parameter fisik tiap lapisan model lipatan

Lapisan 1 Lapisan 2 Lapisan 3

Ciri Warna Merah Hijau Biru

Kecepatan Gel P ( Vp ) 1500 m/s 2500 m/s 3500 m/s

Kecepatan Gel S ( Vs) 866 m/s 1443 m/s 2020 m/s

Densitas 2200 gr/cc 2200 gr/cc 2800 gr/cc

Tebal Lapisan 500 m s/d 1000 m 1000 m 500 m s/d 1000 m

Nilai kecepatan gelombang P yang dipakai dalam lapisan pertama sebesar 1500 m/s meng

asumsikan bahwa lapisan tersebut merupakan lapisan sedimen lunak yang belum

terkompaksi dengan baik. Sedangkan kecepatan gelombang P lapisan kedua sebesar 2500

m/s, mengasumsikan bahwa lapisan tersebut merupakan lapisan batu pasir. Lapisan yang

terakhir juga merupakan lapisan batu pasir tetapi memiliki nilai kecepatan dan densitas

yang lebih tinggi karena pengaruh kompaksi pada kedalaman sekitar 3 km. Nilai

kecepatan gelombang S dalam model tersebut mengikuti hubungan gelombang P dan S

yang formulasinya tertulis pada persamaan 2.8. Model kecepatan lapisan gelombang P

tersebut dijadikan sebagai input pada program “Aku2D” sedangkan pada program

“Ela2D” inputnya terdiri dari kecepatan lapisan gelombang P, gelombang S, dan densitas.

III.2 Penentuan Parameter Simulasi Gelombang Seismik

Semua informasi mengenai parameter simulasi gelombang diinputkan kedalam file

”aku2d.in” untuk simulasi gelombang akustik dan “ela2d.in” untuk simulasi gelombang

21

elastik. Parameter yang digunakan dalam simulasi gelombang akustik dan elastik dapat

dilihat pada Tabel 3.2. Tabel 3.2: Parameter simulasi gelombang seismik model lipatan

No Parameter Nilai Parameter

1 Sampling rate ( dt ) 0.001 s

2 Waktu Simulasi (tmaks) 3 s

3 Frekuensi tengah (fcent) 5 Hz

4 Tipe Wavelet Ricker

5 Jenis sumber explosive point source

6 Posisi sumber 3000 m ( sb x ) & 20 m ( sb z )

7 Jumlah geophone 101 buah

8 Jarak antar geophone 50 m

Nilai sampling waktu yang digunakan pada model ini adalah 0.001 s. Nilai ini sudah

sesuai dengan syarat kriteria kestabilan sistem dimana nilai sampling maksimumnya ialah

0.0028 s, semakin kecil nilai timestep berarti hasilnya semakin baik karena laju

pencuplikannya lebih detail tetapi waktu yang diperlukan lebih lama. Sedangkan untuk

nilai frekuensi haruslah memenuhi kriteria dispersi yang ditentukan sesuai dengan

persamaan 2.10. Nilai frekuensi maksimum pada model ini adalah 35 Hz. Maka nilai

frekuensi yang di pilih haruslah kurang dari nilai maksimum tersebut. Setelah dilakukan

trial dan error di pilih nilai frekuensi 5 Hz karena menghasilkan tampilan sintetik

seismogram dan snapshot yang cukup baik. Waktu perekaman simulasi ini 3 detik karena

dianggap sudah cukup menghasilkan even-even gelombang yang penting. Tipe sumber

yang dipilih pada simulasi model ini adalah “exsplosive point source”. Sumber pada

model ini diletakan pada jarak (X) = 3000 m dan kedalaman (Z) = 30 m.

Tipe wavelet yang digunakan adalah Ricker. Wavelet tersebut dipilih karena sudah

optimum dalam mensimulasikan gelombang terutama ketika muka gelombang tersebut

mengenai batas-batas lapisan. Pada sintetik seismogram wavelet tersebut dapat dengan

jelas menunjukkan batas-batas antar lapisan sehingga wavelet tersebut ideal untuk dipilih.

Gambar wavelet dapat dilihat pada Gambar 3.4. Visualisasi wavelet tersebut ditampilkan

22

dengan cara memasukkan file wavelet hasil simulasi gelombang kedalam program

”suxwigb” dalam Seismic Unix.

Gambar 3.4: Tipe wavelet pada model lipatan medium akustik dan elastik isotropik

Gambar 3.5: Spektrum frekuensi sumber model lipatan

Pada sintetik seismogram batas lapisan ditunjukkan oleh bagian trough dalam wavelet

tersebut. Wavelet merupakan representasi dari sumber yang diformulasikan dalam bentuk

matematis. Wavelet tersebut selain ditunjukkan dalam domain waktu juga dapat

ditunjukkan dalam domain frekuensi untuk menganalisis sinyal tersebut. Dari situ dapat

dilihat berapa frekuensi yang dominan. Spektrum frekuensi sumber di atas di dapat

dengan memasukkan file wavelet hasil simulasi gelombang ke dalam program ”sufft” di

dalam Seismic Unix. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, pada pemodelan ini

frekuensi yang digunakan adalah 5 Hz. Hal ini sesuai dengan spektrum frekuensi

dominan yang terlihat pada gambar 3.5 di atas, dimana memang frekuensi dominannya

pada 5 Hz .

23

III. 3 Hasil Keluaran Simulasi Gelombang Seismik melalui Model Lipatan

Pemodelan ini ialah untuk mencari solusi persamaan elastodinamik (2.5). Solusinya dari

waktu ke waktu tidak konstan, seperti terlihat jelas pada persamaan diferensial parsial

pada persamaan tersebut. Setelah pemodelan disimulasikan solusinya dapat berupa

snapshot seperti terlihat pada Gambar 3.6. Selain snapshot penjalaran gelombang,

dihasilkan juga sintetik seismogram. Sintetik seismogram merupakan produk samping (by

product) dari pemodelan simulasi gelombang seismik tersebut. Dari snaphot tersebut kita

dapat mengetahui bagaimana penjalaran gelombang dalam model yang kita buat. Selain

itu dapat juga dilihat even-eveng elombang apa saja yang muncul. Gambar snapshot

tersebut terbagi menjadi tiga bagian yaitu snapshot akustik (gambar 3.6 a, 3.6 b , dan 3.6

c), snapshot elastik Z (gambar 3.6 b, 3.6 e , dan 3.6 h) dan snapshot elastik X (gambar

3.6 c, 3.6 f , dan 3.6 j) Snapshot akustik hanya memodelkan penjalaran gelombang

akustik saja yaitu gelombang P. Sedangkan snapshot elastik Z dan elastik X selain

memodelkan penjalaran gelombang P juga gelombang S. Pada snaphot elastik X

amplitudo gelombang akan maksimum pada arah horizontal dan nol pada arah vertikal.

Sebaliknya pada snapshot elastik Z amplitudo gelombang akan maksimum pada arah

vertikal dan nol pada arah horizontal. Masing-masing bagian terdiri dari tiga snapshot

yang menunjukkan simulasi penjalaran gelombang pada waktu yang berbeda-beda.

Batas-batas lapisan pada seluruh snapshot yang tertera pada Gambar 3.6 ditunjukkan oleh

garis-garis berwarna merah.

Sumber yang digunakan pada simulasi penjalaran gelombang ini berada pada X=3000 m

dan Z=20 m. Sumber yang digunakan pada simulasi merupakan sumber bertipe

”eksplosive point source” oleh karena itu hanya membangkitkan gelombang P saja.

Setelah sumber dibangkitkan, gelombang P tersebut (ditandai oleh A) mulai menjalar

melalui model. Pada t=1,05 s (Gambar 3.6 a) gelombang P tadi menjalar dan mengenai

batas lapisan 1 dan 2 sehingga terpisah menjadi dua fasa yaitu gelombang pantulan P (

fasa P-R-P ditandai oleh B) dan gelombang transmisi P (fasa P–T– P ditandai oleh C). R

merupakan singkatan dari refleksi atau pantulan, T merupakan transmisi, dan C

merupakan singkatan dari konversi. Penjalaran gelombang akustik setelah t=1,29 s dapat

24

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i) Gambar 3.6: Snapshot gelombang pada model lipatan (a) akustik saat t=1.05 s (b) elastik komponen Z saat t=1,05 s (c) elastik komponen X saat t=1,05 s (d) akustik saat t=1,29 s (e) elastik komponen Z saat t=1,29 s (f) elastik komponen X saat t=1,29 s (g) akustik saat t=1,59 s (h) elastik komponen Z saat t=1,59 s (i) elastik komponen X saat =1,59 s

25

(a) (b) (c) Gambar 3.7: Sintetik seismogram model lipatan (a) akustik (b) elastik komponen Z (c) elastik komponen X

26

dilihat pada gambar 3.6 d. Gelombang transmisi P akibat lapisan 1 dan 2 (ditandai oleh

C) terus menjalar dan akhirnya mengenai batas lapisan 2 dan 3 sehingga menghasilkan

fase baru yaitu gelombang pantulan P (fasa P-T-P-R-P ditandai D) dan gelombang

transmisi P (fasa P-T-P-T-P ditandai oleh E). Pada t=1,59 s dapat dilihat fenomena ”bow

tie” (ditandai oleh F dan G). Fenomena ”bow tie” ini diakibatkan oleh bentuk sinklin

pada lapisan lipatan dalam model tersebut.

Perbedaan antara pemodelan medium akustik dan elastik dapat di tunjukkan oleh adanya

gelombang konversi S seperti yang terlihat pada gambar 3.6 e. Pada t=1,29 s (gambar 3.6

e) terdapat fasa baru yang tidak didapatkan pada snaphot akustik (gambar 3.6 d) yaitu

gelombang pantu konversi l S akibat lapisan 1 dan 2 (fasa P-RC-S ditandai oleh H).

Selain itu juga terdapat gelombang transmisi konversi S yang diakibatkan oleh lapisan 1

dan 2 (fasa P-TC-S ditandai oleh I). Pada t=1.59 s (Gambar 3.6 h), selain terdapat

gelombang pantulan P juga terdapat gelombang pantulan konversi S akibat dari batas

lapisan 2 dan 3 (fasa P-T-P-RC-S ditandai oleh J). Pada even transmisinya pun selain

terdapat gelombang transmisi P (fasa P-T-P-T-P ditandai oleh E) juga terdapat

gelombang transmisi konversi S (fasa P-T-P-TC-S ditandai oleh K). Snapshot elastik X

pada dasarnya menghasilkan fasa sama dengan elastik Z hanya saja gelombang konversi

S dapat terlihat lebih jelas dibandingkan pada snapshot elastik Z.

Asumsi medium elastik isotropik dapat terlihat dari bentuk muka gelombang berupa

lingkaran dengan jari-jari yang sama ke semua arah. Ini berarti menunjukkan kecepatan

gelombang yang sama ke segala arah. Warna dalam penjalaran gelombang ini merupakan

representasi dari besarnya displacement partikel suatu medium dimana warna putih

menunjukkan displacement atau simpangan negatif dan hitam merupakan positif. Makin

tinggi intensitas warna menunjukkan amplitudo yang semakin besar. Amplitudo yang

besar menunjukkan energi yang semakin besar. Dapat terlihat dari seluruh gambar

snapshot bahwa intensitas warna dari muka gelombang tersebut semakin berkurang

seiring dengan kedalaman. Hal ini disebabkan energi yang terdapat pada gelombang

tersebut terbagi-bagi pada setiap batas lapisan yang memiliki kontras akustik impedansi

menjadi energi pantul dan energi transmisi. Sehingga makin ke bawah energi dalam

27

gelombang tersebut semakin kecil. Lebar bentuk suatu muka gelombang pun

menunjukkan suatu arti yaitu seberapa besar frekuensi yang dipakai, makin tinggi

frekuensi yang dipakai semakin tipis lebar bentuk muka gelombangnya. Muka

gelombang pada tiap lapisan berbeda-beda, dapat kita lihat pada snaphot bahwa muka

gelombang pada lapisan ke dua dan selanjutnya semakin lebar itu di sebabkan karena

adanya perbedaan panjang gelombang pada tiap lapisan. Panjang gelombang itu

dipengaruhi oleh nilai frekuensi sumber dan kecepatan pada tiap-tiap lapisan. Dalam

eksplorasi seismik panjang gelombang tersebut berkaitan dengan resolusi gelombang

seismik yaitu lebar minimal dari suatu lapisan yang dapat di deteksi oleh gelombang

seismik. Pada model yang kita buat nilai kecepatan pada tiap-tiap lapisan bertambah

seiring bertambahnya kedalaman. Ini mengakibatkan panjang gelombangnya juga

bertambah seiring dengan kedalaman sehingga bentuk muka gelombangnya semakin

lebar. Selain resolusi vertikal, resolusi horizontal juga berkurang karena semakin lebar

muka gelombang maka pantulan dari gelombang pada batas lapisan tersebut bukan dari

satu titik tapi dari suatu bidang atau yang dikenal dengan Zona Fresnel.

Dari dua jenis snapshot elastik Z dan elastik X kita dapat membandingkan dan lebih

memperjelas even-even, baik itu gelombang S konversi dan P yang telah kita

identifikasikan. Misalnya pada gambar 3.6 e dapat terlihat bahwa refleksi gelombang S

(di tunjukkan oleh H) samar tetapi gelombang tersebut dapat terlihat jelas pada model

elastik X. Begitu juga pada gambar 3.6 h, gelombang refleksi S yang ditunjukkan oleh

gelombang J dapat dilihat secara lebih jelas oleh gelombang J pada model elastik X

(Gambar 3.6 i).

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, sintetik seismogram merupakan produk

samping (by product) dari simulasi penjalaran gelombang. Sintetik seismogram tersebut

dihasilkan dari respon geophone yang di tempatkan pada model. Geophone tersebut

merekam amplitudo gelombang yang menjalar melalui model dari sumber ke geophone

tersebut. Geophone yang ditempatkan pada model berjumlah 101 buah. Titik lokasi

geophone pertama berada di X=50 m dan Z=0 m. Spasi antar geophone 50 m. Dari

geophone-geophone tersebut dihasilkan 101 trace. Letak sumber pada sintetik

28

seismogram tersebut sama dengan letak sumber pada snapshot penjalaran gelombang.

Gambar 3.7 memperlihatkan tiga buah sintetik seismogram yang dihasilkan dari simulasi

penjalaran gelombang yaitu pada medium akustik, elastik komponen arah Z dan elastik

dengan komponen arah X. Penamaan even-even dalam sintetik seismogran sama dengan

penamaan even-even pada snapshot penjalaran gelombang.

Pada sintetik seismogram akustik (Gambar 3.7 a) dapat dilihat even-even gelombang

seperti yang ada di dalam snapshot akustiknya. Even-even tersebut adalah gelombang

langsung (A), gelombang pantulan P akibat batas lapisan 1 dan 2 (fasa P-R-P ditunjukkan

oleh B) dan gelombang pantulan P akibat batas lapisan 2 dan 3 (fasa P-T-P-R-P

ditunjukkan oleh D). Kemudian selain itu juga pola ”bow tie” dapat terlihat (di tunjukkan

oleh F dan G). Pada sintetik seismogram elastik (Gambar 3.7 b), tidak hanya ada

gelombang refleksi P tetapi juga ada even gelombang pantulan konversi S yang

ditunjukkan oleh H dan J. H merupakan gelombang pantulan konversi S akibat batas

lapisan 1 dan 2 (fasa P-RC-S) sedangkan J merupakan gelombang pantulan konversi S

akibat batas lapisan 2 dan 3 (fasa P-T-P-RC-S). Pada sintetik seismogram elastik juga

(Gambar 3.7 b) di dapat gelombang pantulan dari permukaan yang ditunjukkan oleh L

dan M. L berasal dari gelombang pantulan P dari gelombang langsung yang mengenai

batas permukaan dan kembali ke bawah permukaan yang kemudian di tangkap oleh

geophone (fasa P-R-P) sedangkan gelombang M merupakan gelombang pantulan S nya

dari permukaan (fasa P-RC-S). Pada sintetik seismogram arah X, gelombang -

gelombang konversi S dapat dengan jelas terlihat dibandingkan dengan gelombang

konversi S pada sintetik seismogram Z. Contohnya J pada seismogram elastik X (Gambar

3.7 c) terlihat jelas dibandingkan J pada seismogram elastik Z (Gambar 3.7 c). Begitu

juga dengan H (Gambar 3.7 c) terlihat jelas dan mendominasi pada sintetik seismogram

X sedangkan pada sintetik seismogram elastik Z kurang terlihat. Sebaliknya gelombang

refleksi P pada seismogram elastik X kurang cukup terlihat dibandingkan pada

seismogram elastik Z.

Pada seismogram elastik Z (Gambar 3.7 b) amplitudo gelombang langsungnya menipis

dan akhirnya hilang seiring waktu ini disebabkan karena amplitudo gelombang ke arah

29

sumbu X atau lateral berkurang. Pada snapshot elastik Z (Gambar 3.6 b) ditunjukkan

amplitudo gelombang langsung mengecil (semakin tipis warnanya) ke arah lateral (

sumbu X). Amplitudo gelombang tersebut mengecil ke arah sumbu lateral (sumbu X)

karena stress yang bekerja pada sumber arah Z memiliki nilai yang maksimal pada sudut

90° dan 270° (sumbu Z) sehingga amplitudo gelombang ke arah lateralnya mengecil.

Kebalikannya dengan sintetik seismogram arah X (Gambar 3.7 c), gelombang

langsungnya mempunyai amplitudo yang cukup tinggi seiring dengan waktu ini

disebabkan karena stress pada arah X mempunyai nilai maksimum pada sudut 0° dan

180° (sumbu X) sehingga amplitudo gelombangnya meningkat ke arah sumbu X. Pada

snapshot elastik X (Gambar 3.6 c) dapat ditunjukkan bahwa amplitudo gelombang

langsung ke arah sumbu X cukup tinggi (warnanya cukup tebal). Pada sintetik

seismogram akustik ampitudonya tetap tinggi dikarenakan nilai amplitudo pada medium

akustik merupakan komponen radial yang merupakan resultan atau penjumlahan antara

amplitudo gelombang arah Z dengan arah X.

30