Youngster Physics Journal ISSN : 2303 - 7371Vol. 3, No. 3, Juli 2014, Hal 263- 268

263

PENENTUAN STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DENGANMENGGUNAKAN METODE SEISMIK REFRAKSI DI LAPANGANPANAS BUMI DIWAK DAN DEREKAN, KECAMATAN BERGAS,KABUPATEN SEMARANG

Saiful Nurul Hudha1), Udi Harmoko1), Sugeng Widada2), Yusuf D.H. 3), Gatot Yulianto1),Sahid3).1) Laboratorium Geofisika, Jurusan Fisika, Fakultas Sains and Matematika, Undip2) Jurusan Oceanografi, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Undip3) Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri SemarangE-mail: saifulnurulhudha@st.fisika.undip.ac.id

ABSTRACTA research of refraction seismic methods in Diwak and Derekan village, Bergas district , Semarang regency

, Central Java has been done on March 30, 2013 and August 27, 2013. This research in order to determination thesubsurface structure of a geothermal field Diwak and Derekan with refraction method.

In this aquisision data the travel time data was a distance function, with Geometrics Model ES-3000 seismicrefraction instrument with 8 Geophones. Processing and interpretation data used Hagiwara method. Hagiwaramethod used value of delay time concept from travel time curve.

This interpretation which resulted shows the subsurface lithology of the study area Diwak v1 obtained for thefirst layer of 297 – 412 m/s which we interpret as a layer of alluvium. While v2 on both layers obtained a value of 471– 697 m/s which we interpret as soil. This research is the penetration depth of 5.84 - 11.7 m . The results obtained inthe field structure of the two bedding Derekan, v1 to the first layer of 546 - 1011 m/s which is interpreted as alluvium.While v2 on both layers obtained a value of 1081 - 1714 m/s are interpreted with clay .Penetration that can be recordedon the field at 0.75 – 9.16 m .Keywords: sub surface structure, seismic refraction, Hagiwara method, Diwak, Derekan

ABSTRAKTelah dilakukan penelitian menggunakan metode seismik refraksi di area prospek panas bumi Diwak dan

Derekan, Kecamatan Bergas, Kabupaten Semarang, Jawa Tengah. Penelitian ini bertujuan untuk menentukanstruktur bawah permukaan lapangan panas bumi Diwak dan Derekan dengan metode refraksi.

Pengambilan data lapangan dilakukan pada tanggal 30 Maret 2013 dan 27 Agustus 2013 denganmenggunakan alat seismic Geometrics Model ES-3000 dengan 8 Geofon. Data yang diperoleh berupa waktu rambatsebagai fungsi jarak. Data diolah menggunakan piranti lunak Data Processing Software SeisImager. Daripengolahan data tersebut kemudian diinterpretasi dengan menggunakan metode Hagiwara.

Hasil interpretasi menunjukkan litologi bawah permukaan daerah penelitian Diwak didapatkan v1 untuklapisan pertama sebesar 297 – 412 m/s yang diinterpretasikan sebagai lapisan alluvium. Lapisan kedua didapatkannilai kecepatan (v2) sebesar 471 – 697 m/s yang diinterpretasikan sebagai lapisan soil (tanah). Kedalaman penetrasipenelitian ini adalah sebesar 5,84 – 11,7 m. Hasil penelitian di lapangan Derekan didapatkan struktur dua perlapisanyaitu, v1 untuk lapisan pertama sebesar 546 - 1011 m/s yang di interpretasikan sebagai lapisan alluvium. Lapisankedua didapatkan nilai kecepatan (v2) sebesar 1081 - 1714 m/s yang diinterpretasikan sebagai batuan lempung.Penetrasi yang mampu direkam sebesar 0,75 – 9,16 m.Kata kunci: struktur bawah permukaan, seismik refraksi, metode Hagiwara, Diwak, Derekan

PENDAHULUANMetode seismik refraksi merupakan

salah satu metode geofisika untuk mengetahuipenampang struktur bawah permukaan,merupakan salah satu metode untukmemberikan tambahan informasi yang

diharapkan dapat menunjang penelitianlainnya. Metode ini mencoba menentukankecepatan gelombang seismik yang menjalar dibawah permukaan. Metode seismik refraksididasarkan pada sifat penjalaran gelombangyang mengalami refraksi dengan sudut kritis

Saiful Nurul Hudha, dkk Penentuan Struktur Bawah Permukaan...

264

tertentu yaitu bila dalam perambatannya,gelombang tersebut melalui bidang batas yangmemisahkan suatu lapisan dengan lapisan yangdi bawahnya yang mempunyai kecepatangelombang lebih besar. Parameter yang diamatiadalah karakteristik waktu tiba gelombangpada masing-masing geophone [4].

Ada beberapa metode interpretasi dasaryang bisa digunakan dalam metode seismicrefraksi, antara lain metode waktu tunda,metode Intercept Time, dan metoderekonstruksi muka gelombang [3]. Padaperkembangan lebih lanjut, dikenal beberapametode lain yang digunakan untukmenginterpretasikan bentuk topografi darisuatu bidang batas, antara lain metode TimePlus Minus, metode Hagiwara dan Matsuda,dan metode Reciprocal Hawkins [4]. Dalampenelitian ini, pemodelan struktur lapisanbawah permukaan dilakukan denganmenggunakan metode Hagiwara.Daerah penelitian adalah daerah Diwak danDerekan,Kecamatan Bergas, KabupatenSemarang, Jawa Tengah. Desa Diwak danDerekan merupakan salah satu wilayah diKabupaten Semarang yang mempunyai potensipanas bumi yang diindikasikan denganditemukannya manifestasi kolam air panas. Halini mendorong penulis untuk mengadakanpenelitian struktur bawah permukaan denganmetode seismik refraksi di Desa Diwak danDerekan, Kecamatan Bergas, KabupatenSemarang.

Gambar 1. Peta Geologi Daerah penelitian(lingkaran hitam adalah area survei)[8]

DASAR TEORIGelombang Seismik

Gelombang seismik adalah gelombangelastik yang merambat dalam bumi. Bumisebagai medium gelombang terdiri daribeberapa lapisan batuan yang antar satu lapisandengan lapisan lainnya mempunyai sifat fisisyang berbeda. Ketidak-kontinuan sifat mediumini menyebabkan gelombang seismik yangmerambatkan sebagian energinya dan akandipantulkan serta sebagian energi lainnya akanditeruskan ke medium di bawahnya [7].

Suatu sumber energi dapatmenimbulkan bermacam – macam gelombang,masing–masing merambat dengan cara yangberbeda. Gelombang seismik dapat dibedakanmenjadi dua tipe yaitu:1. Gelombang badan (body waves) yang terdiridari gelombang longitudinal (gelombang P)dan gelombang transversal (gelombang S).Gelombang ini merambat ke seluruh lapisanbumi.2. Gelombang permukaan (surface waves)yang terdiri dari gelombang Love, gelombangRaleygh dan gelombang Stoneley. Gelombangini hanya merambat pada beberapa lapisanbumi, sehingga pada survei seismik refleksi(survei seismik dalam) gelombang ini tidakdigunakan.

Seismik RefraksiMetode seismik dikategorikan ke dalam

dua bagian yaitu seismik refraksi (seismik bias)dan seismik refleksi (seismik pantul). Dalampenulisan ini metode yang dibahas hanyasebatas metode seismik refraksi. Dalam metodeseismik refraksi, yang diukur adalah waktutempuh dari gelombang dari sumber menujugeophone. Dari bentuk kurva waktu tempuhterhadap jarak, dapat ditafsirkan kondisi batuandi daerah penelitian.

Keterbatasan metode ini adalah tidakdapat dipergunakan pada daerah dengankondisi geologi yang terlalu kompleks. Metodeini telah dipergunakan untuk mendeteksiperlapisan dangkal dan hasilnya cukup

Youngster Physics Journal ISSN : 2303 - 7371Vol. 3, No. 3, Juli 2014, Hal 263- 268

265

memuaskan. Menurut Sismanto (1999), asumsidasar yang harus dipenuhi untuk penelitianperlapisan dangkal adalah:1. Medium bumi dianggap berlapis-lapis dan

setiap lapisan menjalarkan gelombangseismik dengan kecepatan yang berbedabeda.

2. Semakin bertambah kedalamannya, batuanlapisan akan semakin kompak.

3. Panjang gelombang seismik lebih kecildaripada ketebalan lapisan bumi.

4. Perambatan gelombang seismik dapatdipandang sebagai sinar, sehinggamematuhi hukum – hukum dasar lintasansinar.

5. Pada bidang batas antar lapisan, gelombangseismik merambat dengan kecepatan padalapisan dibawahnya.

6. Kecepatan gelombang bertambah denganbertambahnya kedalaman.

Masalah utama dalam pekerjaangeofisika adalah membuat atau melakukaninterpretasi hasil dari survei menjadi databawah permukaan yang akurat. Data-datawaktu dan jarak dari kurva travel timediterjemahkan menjadi suatu penampanggeofisika, dan akhirnya dijadikan menjadipenampang geologi. Secara umum metodeinterpretasi seismik refraksi dapatdikelompokkan menjadi tiga kelompok utama,yaitu intercept time, delay time method danwave front method [6].

Metode HagiwaraSalah satu metode perhitungan waktu

tiba gelombang seismik untuk mencerminkanlapisan bawah permukaan adalah MetodeHagiwara. Metode ini merupakan metodewaktu tunda (delay time) yang berdasarkanasumsi bahwa undulasi bawah permukaantidak terlalu besar. Kelebihan dari metodeHagiwara adalah lapisan bawah permukaandapat ditampilkan mengikuti kontur bawahpermukaan itu. Berbeda dengan metodeinterceptime yang menganggap lapisandibawah permuaan adalah flat (bidang).

Terutama untuk lapisan bawah permukaanyang harus detail, maka metode Hagiwaraadalah metode perhitungan yang menjadipilihan utama [2].

Perhitungan dengan metode Hagiwaradikembangkan untuk struktur bawahpermukaan yang terdiri dari dua lapisan.Bidang batas lapisan yang akan diperlihatkanoleh hasil perhitungan merupakan rata-ratakedalaman yang memiliki kerapatan yangberbeda. Bila kerapatan berbeda makakecepatan gelombang seismiknya juga akanberbeda, sehingga arah penjalaran gelombangseismik akan mengalami pembiasan (refraksi),seperti pada gambar 2.

Gambar 2. Lintasan gelombang bias untukstruktur dua lapis [5].

Bila dinotasikan waktu perambatangelombang bias dari titik tembak A ke titikpenerima P dengan TAP, waktu perambatan dariB ke P dengan TBP dan waktu perambatan dariA ke B dengan TAB. T’AP ditunjukkan olehpersamaan:= − ( + − )2 ( )= ℎ cos + ( )

Pada persamaan (1) T’AP adalah linierterhadap x, jika diambil x sebagai absis danT’AP sebagai ordinat dan diplot titik-titik yangbersesuaian (seperti pada gambar (3), makagaris lurus tersebut merupakan suatu short(bentuk baru yang lebih pendek) dari kurvatravel time yang dikandung oleh titik-titik yangberhubungan [1]. Nilai T’AP dengan mudahdapat dihitung dari pers (2), dan kecepatan v2

pada lapisan bawah diperoleh dari kemiringan(slope) garis lurus. T’AP yang diperoleh daripers (1) merupakan suatu besaran yangmenunjukkan kecepatan pada lapisan bawah

Saiful Nurul Hudha, dkk Penentuan Struktur Bawah Permukaan...

266

(velocitytravel- time). Dengan cara yang sama,dapat diperoleh := − ( + − )2 ( )

Bila jarak ke titik penerima adalah x,dengan mengambil titik B sebagai titik asal(referensi), maka diperoleh := ℎ cos + ( )dengan kedalaman lapisan pada titik A (hA) danpada titik B (hB).

Dalam pers (4), v1 dapat diperoleh darikurva travel-time dari gelombang langsungdekat titik tembak. TAP, TBP, dan TAB diperolehdengan cara observasi. Tetapi cos i tidak dapatdicari, karena v2 biasanya tidak diketahui. Jikaharga v2 dapat diketahui, kedalaman hp dantitik penerima P dapat diperoleh dari :ℎ = 2 cos ( + − ) ( )

Seperti pada gambar 3 harga dari T’AP

atau T’BP yang berhubungan dengan TAP atauTBP dapat dibaca dari ektensi (memperpanjang)kurva T’AP atau T’BP. Jadi harga kadalaman hpdapat dihitung dari pers (6) dan (7).ℎ = cos ( − ) ( )Atauℎ = cos ( − ) ( )

Gambar 3. Kurva waktu rambat dan kurvawaktu rambat kecepatan [4].

METODE PENELITIANMetode penelitian yang digunakan

adalah metode seismik refraksi untuk

menghitung kecepatan rambat gelombangseismik dan kedalaman masing–masing lapisanyang diturunkan dari kurva travel timesehingga akan didapatkan model strukturbawah permukaan. Dalam survei ini dilakukanpenembakan pada arah maju dengankonfigurasi garis lurus.Dengan alur pengolahan data tersebut dapatdilihat pada gambar :

Gambar 4. Diagram alir pengolahan data

HASIL DAN PEMBAHASANPengukuran seismik refraksi ini berada

di sekitar mata air panas Diwak dan DerekanKecamatan Bergas Kabupaten Semarang. Daridata lapangan maka didapatkan data travel timegelombang seismik. Data tersebut ditentukanwaktu tiba gelombang pertama dan diplot kedalam kurva travel time dan dianalisis nilaitravel timenya. Kecepatan gelombang seismikpada lapisan pertama dan kecepatangelombang seismik pada lapisan kedua sertadidapatkan dari kurva travel time.

Permodelan penampang bawahpermukaan terdapat perbedaan kecepatangelombang pada lapisan pertama (v1),kecepatan gelombang pada lapisan kedua (v2)serta kedalaman pada setiap lintasan.

Youngster Physics Journal ISSN : 2303 - 7371Vol. 3, No. 3, Juli 2014, Hal 263- 268

267

Gambar 5. Model Penampang BawahPermukaan Daerah Diwak

Gambar (5) merupakan profilkedalaman yang diperoleh dari pengolahandata pada daerah pengukuran Diwak. Bilagelombang elastik yang menjalar dalammedium bumi menemui bidang batasperlapisan dengan elastisitas dan densitas yangberbeda, maka akan terjadi pemantulan danpembiasan gelombang tersebut. Berdasarkanhasil pengolahan data yang telah dilakukan,didapatkan v1 untuk lapisan pertama sebesar297 – 412 m/s yang diinterpretasikan sebagaialluvium yang lebih detailnya merupakanfluvial. Fluival merupakan sistem yangberhubungan dengan aliran air yang terjadi didarat karena gaya gravitasi. Sedangkan v2 padalapisan kedua didapatkan nilai sebesar 471 –697 m/s yang diinterpretasikan sebagai lapisansoil / tanah. Dimana kedalaman yang mampudirekam sebesar 5,84 – 11,7 m.

Gambar (6) menunjukkan modelpenampang bawah permukaan besertaperbedaan kecepatan gelombang pada setiaplapisan pada daerah Derekan.

Gambar 6. Model Penampang BawahPermukaan Daerah Derekan

Berdasarkan hasil pengolahan datayang telah dilakukan, didapatkan v1 untuklapisan pertama sebesar 546 - 1011 m/s yangdiinterpretasikan sebagai lapisan alluvium.Sedangkan v2 pada lapisan kedua didapatkannilai sebesar 1081 - 1714 m/s yangdiinterpretasikan sebagai batuan lempung.Dimana kedalaman yang mampu direkamsebesar 0,75 – 9,16 m. Dari hasil yang

diperoleh pada daerah Derekan dapat dilihatpada jarak 80 – 120 m diduga dibawahnyaterdapat sesar. Dari penampang terlihat adanyapenurunan kedalaman lapisan yang sangatmenonjol. Penurunan tersebutdiinterpretasikan lapisan lapuk yang menutupisesar yang ada di lokasi penelitian Derekan.Hal ini diperkuat dengan adanya kenampakandi lapangan berupa sungai (Kali Klampok)yang tidak jauh dari manifestasi air panasDerekan. Dapat dilihat pada gambar (7)merupakan Peta Citra Landsat menggunakansoftware Global Mapper.

Gambar 7.Peta Citra Landsat area penelitianmenggunakan software GlobalMapper.

KESIMPULANHasil pengolahan data dengan metode

Hagiwara diperoleh model struktur bawahpermukaan. Di daerah Diwak didapatkankecepatan pada lapisan pertama sebesar 297 –412 m/s yang diperkirakan sebagai lapisanalluvium. Didapatkan kecepatan pada lapisankedua sebesar 471 – 697 m/s yang diperkirakansebagai lapisan soil (tanah). Kedalaman lapisanyang diperoleh antara 5,84 – 11,7 m. Padadaerah Derekan didapatkan kecepatan padalapisan pertama sebesar 546 - 1011 m/s yangdiperkirakan sebagai lapisan alluvium.Didapatkan kecepatan pada lapisan keduasebesar 1081 - 1714 m/s yang diperkirakan

Saiful Nurul Hudha, dkk Penentuan Struktur Bawah Permukaan...

268

sebagai batuan lempung. Kedalaman lapisanyang diperoleh antara 0,75 – 9,16 m.

SARANMengacu pada hasil penelitian ini,

diusulkan beberapa saran untuk kelanjutanpenelitian ini di masa yang akan datang agarlebih baik antara lain:1. Karena keterbatasan jumlah geofon,penelitian yang bertahap hendaknyadiperhatikan jangkauan dari geophone tersebut2. Sumber getaran akan lebih baik bila beratpembeban (palu) digunakan dengan palu yanglebih besar.3. Panjang bentangan untuk tiap titik bisadibuat lebih lebar agar jangkauan lebih panjanglagi.

DAFTAR PUSTAKA[1] Hartantyo, E, 2004, Metode Seismik Bias dan

Pantul, Universitas Gajah Mada.

[2] Linus, A. P., 2006, Penafsiran Data SeismikBias Dangkal dengan Metode Hagiwara,Jurusan Fisika, ITB.

[3] Raharjo, S.A., 2002, Analisis KecepatanPerambatan Gelombang Bias pada Mediumdan Faktor Kualitas Medium di Lereng BaratGunung Merapi, Universitas Gajah Mada,Yogyakarta.

[4] Sismanto, 1999, Eksplorasi DenganMenggunakan Sesimik Refraksi, UGM,Yogyakarta.

[5] Susilawati, 2004, Seismik Refraksi (DasarTeori dan Akuisisi Data), FMIPA JurusanFisika USU.

[6] Taib,M.I.T., 1985, Engineering Seismology,Institut Teknologi Bandung Press, Bandung.

[7] Telford, W. M., Geldart, L. P.,and Sheriff, R.E., 1990, Applied Geophysics, Second Edition.Cambridge Univ. Press, New York.

[8] Thanden, R.E., Sumadirdja, Richards,Sutisna dan Amin, 1996, Peta Geologi

Lembar Magelang dan Semarang Jawa,skala 1:100.000, P3GL, Bandung.