Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

Universitas Lampung, 17-18 November 2008

ISBN : 978-979-1165-74-7 V-35

PEMETAAN TINGKAT KEKERASAN BATUAN

MENGGUNAKAN METODA SEISMIK REFRAKSI

Syamsu Rosid dan Budi Setiawan

Departemen Fisika FMIPA Universitas Indonesia Kampus UI Depok, Depok 16424

email: srosid@fisika.ui.ac.id; budi_fisui58@yahoo.com

ABSTRAK Kondisi lapisan batuan bawah permukaan memiliki sifat fisis yang beragam. Tingkat kekerasan batuan bawah permukaan bumi merupakan salah satu sifat fisika yang dapat diketahui melalui pengukuran di permukaan bumi. Seismik refraksi merupakan salah satu metode geofisika yang digunakan. Telah dilakukan pengukuran seismik refraksi di dua tempat yang berbeda, BW17 dan BW27 di daerah Nannup, Western Australia. Adapun hubungan antara VP dan tingkat kekerasan batuan dilihat dari buku pedoman teknik Amerika. Di wilayah BW17 didapatkan empat lapisan batuan. Lapisan pertama dengan kecepatan 405 – 734 m/s memiliki tingkat kekerasan very soft soil hingga firm cohesive soil, lapisan kedua dengan kecepatan 1172 – 1721 m/s memiliki tingkat kekerasan stiff cohesive soil hingga very soft rock. Lapisan ketiga dengan kecepatan 1721 – 1954 m/s memiliki tingkat kekerasan very soft rock – moderately soft rock dan lapisan keempat dengan kecepatan lebih dari 2764 m/s memiliki tingkat kekerasan hard rock. Sementara di wilayah BW27 didapatkan tiga lapisan batuan. Lapisan pertama dengan kecepatan 480 – 536 m/s memiliki tingkat kekerasan very soft soil hingga firm cohesive soil, lapisan kedua dengan kecepatan 647 – 924 m/s memiliki tingkat kekerasan stiff cohesive soil hingga very soft rock dan lapisan ketiga dengan kecepatan lebih dari 1258 m/s memiliki tingkat kekerasan very soft rock hingga moderately soft rock. Kata kunci: seismic refraksi, kekerasan batuan, Western Australia. 1. PENDAHULUAN

Lapisan batuan bawah permukaan bumi memiliki sifat fisis yang variatif. Salah satu

sifat fisis yang terdapat di bawah permukaan adalah tingkat kekerasan batuan. Tingkat

kekerasan batuan merupakan istilah geologi yang digunakan untuk menandakan kekompakan

(cohesiveness) suatu batuan dan biasanya dinyatakan dalam bentuk compressive fracture

strength. Compressive fracture strenght merupakan tekanan maksimum yang mampu ditahan

oleh batuan untuk mempertahankan diri dari terjadinya rekahan (fracture). Besarnya fracture

strength dipengaruhi oleh densitas dan kekompakan batuan. Sedangkan besarnya densitas dan

kekompakan batuan juga dipengaruhi oleh elastisitas batuan. Salah satu metode geofisika yang

digunakan untuk mengetahui elastisitas batuan adalah metode seismik refraksi. Metode ini

memanfaatkan perambatan gelombang seismik yang merambat kedalam bumi. Gelombang

seismik tersebut berasal dari sumber seismik yang ada di permukaan dan gelombang tersebut

akan diterima oleh receiver yang ada di permukaan juga. Dengan menggunakan metode ini

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

Universitas Lampung, 17-18 November 2008

ISBN : 978-979-1165-74-7 V-36

akan didapatkan kecepatan rambat gelombang P (longitudinal) dari setiap lapisan

batuan.

( ) ( ) )1....(..........2 21

22

212

VVVVh

Vxt −+=

Besarnya cepat rambat gelombang P dalam lapisan batuan dipengaruhi oleh elastisitas dan

densitas batuan (Susilawati, 2004). Sehingga dengan mengetahui cepat rambat gelombang P

pada lapisan batuan maka akan diketahui tingkat kekerasan lapisan batuan tersebut. Untuk

mendapatkan hubungan kecepatan gelombang P dan tingkat kekerasan batuan secara

eksperimen digunakan buku pedoman teknik dari Departemen Pertanian Amerika Serikat

(USDA, 2002).

2. DATA DAN METODE PENELITIAN

Data seismik refraksi yang digunakan adalah data yang digunakan untuk melakukan

penelitian seismoelektrik. Pengukuran seismik refraksi ini menggunakan sumber seismik berupa

palu dan penerima gelombang berupa geophone 24-channel. Pengukuran dilakukan di dua

lokasi yang berbeda yaitu lokasi BW17 dan BW27 di daerah Nannup. Setiap lokasi terdiri atas

satu line, dengan jumlah shot point tiap line ada lima buah dalam konfigurasi forward, reverse

dan split spread. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan software ReflexW yang

dapat memberikan gambaran tomografi 2 dimensi dengan nilai kecepatan gelombang P yang

kontinu (Sandmeier, 2006). Tahapan pengolahan data diawali dengan mengkonversi format data

seismik di lapangan menjadi format data seismik yang dibutuhkan oleh software. Kemudian

dilanjutkan dengan pengolahan data untuk membedakan antara sinyal dengan noise. Setelah

dapat dibedakan antara sinyal dan noise, sehingga dapat diketahui sinyal yang berasal dari

gelombang refraksi, refleksi ataupun gelombang langsung, maka tahapan dilanjutkan dengan

melakukan picking first arrival time untuk setiap shot point yang berbeda. Data hasil picking

first arrival time yang berasal dari shot point yang berbeda tetapi masih dalam line yang sama

ditempatkan secara bersama-sama dan dilakukan analisa data traveltime untuk mendapatkan

model lapisan bawah permukaan dua dimensi. Pemodelan dua dimensi ini terdiri dari

pemodelan inversi, pemodelan forward dan tomografi. Pemodelan inversi didapatkan dari hasil

picking first arrival time dari shot point yang berbeda dalam satu line. Dari hasil picking first

arrival time, kita peroleh waktu datang gelombang P (t) pada setiap geophone terhadap offset x

(jarak setiap geophone ke shot point). Karena kurva hubungan antara offset dan waktu tiba

gelombang berbentuk linear maka nilai kecepatan pada lapisan pertama (v1), kecepatan pada

lapisan kedua (v2) dan kedalaman dari refraktor dapat dihitung dengan menggunakan formula

(1) diatas (Sheriff and Geldart, 1995; Telford et al., 1990). Pemodelan seperti ini disebut

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

Universitas Lampung, 17-18 November 2008

ISBN : 978-979-1165-74-7 V-37

pemodelan inversi. Pemodelan forward identik dengan metode delay time. Pada pemodelan ini

dapat dilakukan pengubahan kedalaman refraktor yang didapatkan dari hasil inversi yang

dibandingkan dengan data sumur. Tujuan dari pengubahan kedalaman refraktor adalah untuk

menyesuaikan antara data riil dengan data kalkulasi komputer. Pemodelan inversi maupun

pemodelan forward akan menghasilkan model perlapisan bawah permukaan dengan nilai

kecepatan yang diskrit. Model perlapisan batuan bawah permukaan yang memiliki nilai

kecepatan yang diskrit dapat diubah menjadi model yang dapat memberikan gambaran nilai

kecepatan yang kontinu melalui pemodelan tomografi.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil penelitian seismik refraksi di wilayah BW17 dengan menggunakan jarak antar geophone 3

meter di dapatkan 3 lapisan batuan dengan tingkat kekerasan yang berbeda seperti nampak pada

Gambar 1. Dan dengan menggunakan jarak antar geophone 5 meter didapatkan 3 lapisan batuan

dengan tingkat kekerasan batuan yang berbeda seperti Nampak pada Gambar 2. Hasil penelitian

seismik refraksi di wilayah BW27 dengan menggunakan jarak antar geophone 5 meter

didapatkan 3 lapisan batuan dengan tingkat kekerasan yang berbeda.

Gambar 2. Tomografi BW17 (5 meter)

Gambar 1. Tomografi BW17 (3 meter)

Gambar 3. Tomografi BW27 (5 meter)

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

Universitas Lampung, 17-18 November 2008

ISBN : 978-979-1165-74-7 V-38

Tabel 1 Kecepatan gelombang P pada beberapa medium

(Burger, 1992)

Berdasarkan Tabel kecepatan gelombang P (Tabel 1) dan pemodelan tomografi BW17 dengan

memadukan model yang berasal dari penelitian dengan menggunakan jarak antar geophone 3

meter dan 5 meter didapatkan empat lapisan batuan dengan tingkat kekerasan yang berbeda.

Lapisan pertama dengan kedalaman hingga 2 meter dan kecepatan 405 – 734 m/s

diinterpretasikan sebagai top soil. Lapisan kedua dengan kedalaman 2 hingga 6 meter dan

kecepatan 1172 – 1721 m/s diinterpreta-sikan sebagai clay yang mengandung laterite berbutir

kasar. Lapisan ketiga dengan kedalaman 6 hingga 10 meter dan kecepatan 1721 – 1954 m/s

diinterpretasikan sebagai clay yang mengandung laterite berbutir halus. Lapisan keempat

dengan kedalaman lebih dari 10 meter dan kecepatan lebih dari 2764 m/s diinterpretasikan

sebagai clay pasiran tersaturasi. Hasil ini tidak terlalu berbeda dengan data sumur BW17.

Berdasarkan Tabel hubungan kecepatan gelombang P dengan tingkat kekerasan batuan (USDA,

2002) daerah BW17 diinterpretasikan memiliki empat lapisan yaitu lapisan pertama dengan

lithologi top soil memiliki tingkat kekerasan very soft soil hingga firm cohesive soil, lapisan

kedua dengan lithologi clay yang mengandung laterite berbutir kasar memiliki tingkat kekerasan

stiff cohesive soil hingga very soft rock. Lapisan ketiga dengan lithologi clay yang mengandung

laterite berbutir memiliki tingkat kekerasan very soft rock – moderately soft rock dan lapisan

keempat dengan lithologi clay pasiran yang tersaturasi memiliki tingkat kekerasan hard rock.

Material Kecepatan gelombang P (m/s)

Weathered layered 300 – 900 Soil 250 – 600 Clay 1000 – 2500 Sand (unsaturated) 200 – 1000 Sand (saturated) 800 – 2200 Sand and gravel unsaturated

400 – 500

Tabel 2

Lithologi BW17 (Rosid & Kepic, 2005) Kedalaman

(m) Keterangan

0 - 3 Clay mengandung laterite dengan butiran kasar.

3 – 9 Clay mengandung laterite dengan butiran halus.

9 – 12 Clay mengandung pasir.

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

Universitas Lampung, 17-18 November 2008

ISBN : 978-979-1165-74-7 V-39

Tabel 3

Lithologi BW27 (Rosid, 2005) Kedalaman

(m) Keterangan

0 – 2 Gravel mengandung laterate 2 – 5 Clay mengandung siltstone.

5 – 13 Clay, plastisitas rendah, sangat kaku

13 - 14 Batubara

14 – 17,5 Clay, plastisitas rendah, dan sangat kaku

Berdasarkan tabel kecepatan gelombang P (Tabel 1) dan pemodelan tomografi BW27

yang berasal dari penelitian dengan menggunakan jarak antar geophone 5 meter didapatkan 3

lapisan batuan dengan tingkat kekerasan yang berbeda. Lapisan pertama dengan kedalaman

kurang dari 2 meter dan kecepatan 480 – 536 m/s diinterpretasikan sebagai gravel yang

mengandung laterite. Lapisan kedua dengan kedalaman 2 hingga 14 meter dan kecepatan 647 –

924 m/s diinterpretasikan sebagai clay yang mengandung siltstone. Lapisan ketiga dengan

kedalaman lebih dari 14 meter dan kecepatan lebih dari 1258 m/s diinterpretasikan sebagai clay

dengan plastisitas rendah dan sangat kaku. Berdasarkan Tabel 3 diatas, wilayah BW27

diinterpretasikan memiliki tiga lapisan yaitu lapisan pertama dengan lithologi gravel yang

mengandung laterite memiliki tingkat kekerasan very soft soil hingga firm cohesive soil. Lapisan

kedua dengan lithologi clay yang mengandung siltstone memiliki tingkat kekerasan stiff

cohesive soil hingga very soft rock dan lapisan ketiga dengan lithologi clay yang memiliki

plastisitas rendah dan sangat kaku memiliki tingkat kekerasan very soft rock hingga moderately

soft rock.

4. KESIMPULAN

Metode seismik refraksi dapat digunakan untuk memetakan tingkat kekerasan batuan dengan

menggunakan pemodelan inversi, forward maupun tomografi. Dari hasil pemodelan didapatkan

bahwa tingkat kekerasan batuan di lokasi BW17 adalah very soft soil hingga hard rock of clay.

Sedangkan di lokasi BW27 tingkat kekerasan batuannya adalah very soft soil of gravel hingga

very soft rock of clay.

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

Universitas Lampung, 17-18 November 2008

ISBN : 978-979-1165-74-7 V-40

DAFTAR PUSTAKA

Burger, H. R.,1992, Exploration geophysics of the Shallow Subsurface, Prentice Hall P T R. Rosid, M. S. dan Kepic, A. W., 2005, Hydrogeological Mapping Using The Seismo Electric

Method, Exploration Geophysics, 36, 245-249. Rosid, M. S., 2005, Groundwater Investigation Using The Seismoelectric Method. Curtin

University Sandmeier, K. J., 2006, Reflexw 4.0 , Program for The Processing of Seismic, Acoustic or

Electromagnetic Reflection, Refraction and Transmission Data, Germany, Sandmeier, Inc.

Sheriff, R. E. dan Geldart, L. P., 1995, Exploration Seismology, New York, Cambridge

University Press. Susilawati, 2004. Seismik Refraksi (Dasar Teori dan Akuisisi Data), USU Digital Library. Telford, W. M., Geldart, L. P., and Sheriff, R. E., 1990, Applied Geophysics, 2nd ed, Cambridge

University Press. United States Department Of Agriculture (USDA), 2002, Rock Material Field, Chapter 12 of

Part 631 of The National Engineering Handbook, Washington, DC, Natural Resources Conservation Service.