LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM GEOFISIKA 3

Metode Elektromagnetik Very Low Frequensy Radio ( VLF-R)

Nama : Jaenudin

NPM : 140310090026

Hari/Tanggal : Senin, 22 Oktober 2012

Waktu : 15.00 – 17.00 WIB

Dosen : Dr. Asep Hardja

Laboratorium Geofisika

Program Studi Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Padjadjaran

2012

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Indonesia adalah negeri yang kaya akan sumber daya alam. Bumi

Indonesia dianggap sebagai laboratoium kebumian yang paling habat

untuk dapat mengeksplorasi sumber-sumber alam yang ada di Indonesia.

Namun keterbatasan ilmu untuk mengelola sumber daya alam tersebut

menjadi kendala untuk melangkah lebih lanjut. Sehingga kita perlu untuk

mempelajari cara atau metode untuk mengungkap suatu informasi yang

terdapat didalam perut bumi. Salah satu caraadalah cabang ilmu fisika

yang mempelajari bidang bumi khususnya perut bumi berdasarkan konsep

fisika.Di dalamnya termasuk juga meteorology, elektrisitas atmosfer dan

fisika ionesfer. Penelitian feofisika untuk mengetahui kondisi dibawah

permukaan bumi melibatkan pengukuran diatas permukaan bumi dari

parameter-parameter fisikayang dimiliki oleh batuan di dalam bumi. Dari

pengukuran ini dapat ditapsirkan bagaimana sifat-sifat dan kondisi di

bawah permukaan bumi baik itu secara vertical maupun horizontal. Dalam

skalayang berbeda, metode geofisika dapat diterapkan secara global yaitu

untuk menentukan struktur bumi, secara local yaitu untuk eksplorasi

mineral dan pertambangan termasuk minyak bumi dan dalam skala kecil

yaitu untuk aplikasi geoteknik (penentuan pondasi bangunan dll). Survey

geofisika yang sering dilakukan selama ini antara lain metode

elektromagnetik

Metode elektromagnetik biasanya digunakan untuk eksplorasi

benda-benda konduktif. Perubahan komponen medan akibat variasi

konduktivitas dimanfaatkan untuk menentukan struktur bawa permukaan.

Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja

membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi.

Pengukuran semacam ini disebu tteknik pengukuran aktif. Metode ini

kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarannya sumber yang

dibuat. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif. Tenik ini

memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang

tidak sengaja dibangkitkan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal

dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 kHz) adalah yang

biasa disebut VLF (Very Low Frequency). Teknik ini lebih praktis dan

mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas.

B. Tujuan

Tujuan dari praktikum ini ialah :

1. Memahami konsep metode elektromagnetik VLF-R ini sebagai metode untuk

mengukur harga daya konduktivitas batuan berdasarkan pengukuran

gelombang elektormagnetik skunder.

2. Mempelajari Software 2LAYINV untuk pengolahan data VLF-R.

BAB II

TEORI DASAR

A. Elektromagnetik

Teori elektromagnetik merupakan suatu teori yang menjelaskan

hubungan antara medan listrik dan medan magnet, yang menimbulkan

rambatan gelombang elektromagnet. Teori ini dikemukakan oleh James

clark Maxwell pada tahun 1865.menurut Maxwell, medan listrik yang

berubah akan menimbulkan medan magnet, sementara itu, Faraday

berpendapat bahwa perubahan medan magnet menimbulkan medan listrik.

Jadi sifat saling terkait dan berkelanjutan antara medan listrik danmedan

magnet inilah yang menyebabkan timbulnya gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang padauan antara medan

listrik dengan medan magnet, disebabkan oleh muatan listrik bergerak

dipercepat.

Figure 1. Gelombang elektromagnetik

Kemudaian Maxwell menurnkan persamaan rambatan gelombang

elektromagnetik itu dalam ruang hampa sebesar :

√ ⁄

Keterangan :

permitivitas listrik ruang hampa ( 8.85 x 10-12

C/ Nm2 )

= permeabilitas magnetic ruang hampa (12,6 x 10-7

Wb/Am)

c = kecepatan gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa

medium

2. Gelombang Elektromagnetik merupakan gelombang transversal.

3. Gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik sehingga

bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik.

4. Gelombang elektromagnetik dapat mengalami pemantulan

(refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi),

pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi).

5. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara

bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan

berbanding lurus.

Pada pembicaraan kita mengenai gelombang elektromagnetik, kita batasi

pada gelombang elektromagnetik yang mempunyai medan listrik sejajar

sumbu Y, induksi magnetik sejajar sumbu Z dan tegak lurus ,

sedangkan sumbu x adalah arah rambat.

Ambil kontur : ABCDA pada medan listrik, maka:

∮

∫

∫

∫

∫

( )

Y+

x+

Z+

E dy

A

B C

D

dx

Vektor medan listrik dar gelombang

elektromegnetik sejajar sumbu y

Sumbu x merupakan arah

rambatgelombang elektromagnetik

∮

∮

Menurut hukum Henry Farady

∮

∮

Lihat kontur PQRSP pada bidang X-Z (medan magnet) pada gambar di

atas.

∮

∫

∫

∫

∫

∮

Menurut hukum Ampere- Maxwell:

∮

∮

( )

Jika (pers.1) kita turunkan terhadap x:

(

)

(

)

Dan (pers.2) kita turunkan tehadap t:

(

)

(

)

Kita peroleh:

(Pers.3) menunjukkan bahwa medan listrik merambat sepanjang sumbu x

dengan kecepatan:

√

Jika (pers.1) kita turunkan terhadap t:

(

)

(

)

Dan (pers.2)kita turunkan terhadap x:

(

)

(

)

B. Metode Elektromagnetik

Metode elektromagnetik biasanya digunakan untuk eksplorasi

benda-benda konduktif. Perubahan komponen medan akibat variasi

konduktivitas dimanfaatkan untuk menentukan struktur bawa permukaan.

Medan elektromagnetik yang digunakan dapat diperoleh dengan sengaja

membangkitkan medan elektromagnetik di sekitar daerah observasi.

Pengukuran semacam ini disebu tteknik pengukuran aktif. Metode ini

kurang praktis dan daerah observasi dibatasi oleh besarannya sumber yang

dibuat. Teknik pengukuran lain adalah teknik pengukuran pasif. Tenik ini

memanfaatkan medan elektromagnetik yang berasal dari sumber yang

tidak sengaja dibangkitkan. Gelombang elektromagnetik seperti ini berasal

dari alam dan dari pemancar frekuensi rendah (15-30 kHz) adalah yang

biasa disebut VLF (Very Low Frequency). Teknik ini lebih praktis dan

mempunyai jangkauan daerah pengamatan yang luas.

Metode elektromagnetik VLF ini bertujuan untuk mengukur harga

daya konduktivitas batuan berdasarkan pengukuran gelombang

elektormagnetik skunder. Metode ini memanfaatkan gelombang hasil

induksi elektomagnetik yang berfrekuensi sangat rendah. Karena

frekuensinya yang cukup rendah, gelombang ini memiliki penetrasi yang

cukup dalam. Gelombang ini juga menjalar ke seluruh dunia dengan

atenuasi yang kecil dalam pandu gelombang antara permukaan bumi dan

ionosfer.

Karena induksi gelombang tersebut, maka di dalam medium oleh

batuanakan timbul arus induksi. Arus induksi inilah yang menimbulkan

medan skunder yang dapat ditangkap di permukaan bumi. Besarnya kuat

medan elektromagnetik skunder ini sebanding dengan besarnya daya

hantar listrik batuan (rho), sehingga dengan mengukur kuat medan pada

arah tertentu, maka secara tidak langsung kita dapat mendeteksi daya

hantar listrik batuan di bawahnya.

Adapun parameter elektromagnet VLF yang penting adalah :

1. Pemancar

Pemancar ini mulai dibangun sejak Perang Dunia I, digunakan

untuk komunikasi jarak jauh karena kemampuannya untuk komunikasi

gelombang dengan pelemahan yang sangat kecil pada gelombang bumi

ionesfer.Penetrasinya cukup efektif hingga dapat menembus laut dalam.

2. Pengaruh Atmosfer

Sumber nois yang utama adalah radiasi medan elektromagnetik

akibat kilat atmosfer baik di tempat dekat atau jauh dari lokasi

pengukuran. Pada frekwensi VLF radiasi medan ini cukup dapat

melemahkan sinyal yang dipancarkan oleh pemancar. Daerah yang

cukup banyak badai tersebut adalah Afrika tengah dan Asia tenggara

termasuk Indonesia. Noise kedua adalah variasi diurnal medan

elektromagnetik bumi di mana terjadi pergerakan badai dari arah timur

ke barat yang terjadi mulai siang hingga sore hampir malam.

3. Rambatan Gelombang Elektromagnetik

Pada elektromagnetik VLF dengan frekuensi <100 KHz, arus

pergeseran akan lebih kecil dari arus konduksi karena permitivitas

dieletrik batuan rata-rata cukup kecil dan konduktivitas target biasanya

> 10-2 S/m. Hal ini menunjukkan efek medan akibat arus konduksi

memegang peranan penting ketika terjadi perubahan konduktivitas

batuan.

4. Pelemahan (Atenuasi) Medan

Pelemahan medan ini mempengaruhi kedalaman. Kedalaman

pada saat amplitudo menjadi 1/e (kira-kira 37%) dikenal sebagai skin

depth atau kedalaman kulit. Kedalaman ini dalam metode

elektromagnetik disebut sebagai kedalaman penetrasi gelombang.

C. Metode Elektromagnetik VLF Radio

Dalam metoda Very Low Frequency (VLF), medan primer yang

dipancarkan dengan frekuensi sangat rendah (15-30 kHz) ketika mengenai

benda konduktif akan membangkitkan medan sekunder, resultan dari

medan primer dan medan sekunder ini yang diterima oleh alat VLF, dan

besarnya resultan ini tergantung dari medan sekunder. Identifikasi adanya

pencemaran di lokasi TPA ditandai tingginya harga Daya Hantar Listrik

(DHL) dan Padatan Terlarut Total (TDS), dan rendahnya harga resistivitas

semu.

Very Low Frequency sangat baik untuk penyelidikan kualitas air

pada medium berpori (Benson et al., 1997). Benson et al. (1997)

menunjukan bahwa air yang tercemar hidrokarbon akan memiliki nilai

resistivitas tinggi, tetapi akan memiliki resistivitas yang rendah untuk air

yang tercemar material inorganik.

Sinyal yang dibangkitkan oleh antena pemancar terdiri atas medan

magnet dan medan listrik yang berosilasi dalam frekuensi yang dipilih

antena Akibat interaksi dengan benda konduktif di dalam bumi maka

komponen horisontal magnetik medan primer membangkitkan komponen

horisontal medan listrik dalam arah penjalarannya. Pada suatu daerah tak

homogen, komponen vertikal magnetik dibangkitkan untuk beberapa

variasi konduktivitas. Medan elektromagnetik primer akan menginduksi

benda konduktif ketika melewatinya sehingga akan terbentuk arus listrik

dan terbentuk medan magnetic sekunder (Hs), medan yang terekam adalah

medan resultan yang disebut Polarisasi ellip.

Komponen yang diukur dalam VLF adalah tilt angle α yaitu sudut

utama polarisasi ellip dari horizontal (dalam derajat atau persen), dan

eliptisitas ε adalah perbandingan antara sumbu kecil terhadap sumbu

besarnya (dalam persen). Tilt angle α dan eliptisitas ε, berkaitan dengan

komponen medan magnetik horizontal, vertical dan fasanya

Secara matematis dapat diperlihatkan bahwa tilt angle α mirip

dengan bagian in phase (komponen real) dari komponen vertikal dan

eliptisitas ε mirip dengan bagian quadrature (komponen imaginer) dari

komponen vertikal. Kedua parameter tersebut diukur dalam prosentase

terhadap medan primer horizontal (Karous and Hjelt, 1983):

Komponen Real (%) = 100 α (α radian)

Komponen Imaginer = 100 ε

Harga rapat arus terhadap kedalaman dapat ditentukan dengan

menggunakan filter dari Karous dan Hjelt (1983). Untuk dapat

memperkirakan harga resistivitas dan fasanya, maka harus diketahui

hubungan dari medan listrik Ex dan medan magnetic Hy dan resistivitas

semu ρa. Hubungan ini biasa dituliskan dalam bentuk dibawah ini

(Cardiard, 1953 dalam Gharibi, 1999).

|

|

Dimana :

= resistivitas semu

= permeabilitas magnetic

= frekuensi sudut ( phasa)

D. Software 2LAYINV

Program 2LAYINV digunakan untuk menafsirkan geofisika, data

elektromagnetik VLF-R ( resistivitas semu dan fasa) diukur sepanjang satu

profil pada satu frekuensi. Inversi dibuat secara terpisah untuk setiap titik

data menggunakan penampang model bumi 1D dan 2D. Dengan demikian

program ini cocok juga untuk penafsiran ketebalan dan resistivitas yang

relatif tipis (tanah) lapisan resistif dan variasi resistivitas batuan dasar.

Perhatikan bahwa model inversi masih hanya 1D dan bahwa interpretasi

hasil sebenarnya menghasilkan pseudosection dari 2-D distribusi

resistivitas.

Mulai dari inversi model awal linearized dengan adaptif redaman

digunakan untuk mengoptimalkan ketebalan dan resistivitas dari lapisan

overburden dan resistivitas dari ruang bawah tanah sehingga model

meminimalkan kesalahan antara diukur dan dihitung VLF-R data. Lateral

inversi dibatasi diperoleh dengan meminimalkan kekasaran model yang

merupakan variasi parameter model antara titik tetangga, bersama-sama

dengan kesalahan data. Sebagai akibatnya seorang lancar bervariasi

(Occam inversi) model diperoleh. Kekasaran dan / atau status

memperbaiki / bebas parameter dapat diatur secara manual untuk

memungkinkan diskontinuitas dan untuk memasukkan data priori dalam

model.

1. Memulai Program 2LAYINV

Program 2LAYINV yang sudah terinstall, kemudian dijalankan

program tersebut dengan mengklik icon 2LAYINV.EXE. Setelah diklik,

maka program akan meriquest file berextensi .DAT. Untuk pembuatan

file.DAT ada aturan-aturan penulisan sebagai berikut :

a. Untuk baris pertama ialah Nama Pengukuran

b. Baris kedua dikosongkan

c. Baris ketiga berupa bilangan, untuk bilangan pertama ialah

umlah data (N), bilangan kedua ialah mode tampilan ( 1, 2, 3,4 ),

bilangan ketiga ialah jumlah kolom data, dan bilangan keempat

ialah ICO =0

d. Baris keempat ialah table, untuk kolom pertama ialah jarak (x),

kolom kedua ialah nilai resistivitas semu dan kolom ketiga ialah

nilai fasa.

Contoh

Perhatikan gambar file sebagai berikut :

Gambar 2. File.DAT dibukan dengan WordPad

2. Tampilan dari Pembacaan File.DAT

File.DAT yang telah dibuat kemudian di baca oleh program 2LAYINV

dan kemudian tampilannya sebagai berikut :

Menu dalam tampilan di atas ialah :

a. File

Di dalam menu file dan submenu yaitu :

Read VLF-R data

Membukan dan membaca data VLF-R dari file.DAT

Save VLF-R data

Menyimpan data VLF-R dengan file.OUT

Save 2-Layer model

Menyimpan model 2-Layer dalam file.LAY

Read 2-Layer model

Membaca model 2-Layer file.LAY yang sudah tersimpan

Read Display

Membaca parameter baru dari grafik dengan file.DIS

Save Graph as PS

Menyimpan grafik ke dalam file. PS ( PhotoShop)

Save Graph as EPS

Save Graph as PDF

Save Graph as WMF

Save Graph as GIF

b. 2-Layer

Dalam menu 2-Layer terdapat submenu yaitu :

Weight in/out

Untuk mengaktifkan atau tidak data weight

Label in/out

Untuk mendisplay atau tidak nilai resistivitas pada penampang

kedalaman lapisan.

Color Scale

Untuk memberikan tampilan warna pada lapisan yang

disesuaikan dengan distribusi nilai resistivitas. Pada submenu

ini terdapat submenu pilihan yaitu : Rainbow, Inverse Rainbow,

Grayscale, Inverse Grayscale, dan Redscale.

Penampang Lapisan

Gambar 4. Tampilan Rainbow

Gambar 5. Tampilan Inv.Rainbow

Gambar 6. Tampilan Grayscale

Gambar 7. Tampilan Redscale

c. Exit

Untuk mengakhiri program.

Dalam tampilan 2LAYINV terdapat control, yaitu :

a. Frequency (kHz)

Nilai frekuensi di sini ialah nilai frekuensi sumber yang digunakan. Untuk

pengukuran di Indonesia biasanya menggunakan frekuensi dari Australia

yaitu 16000 Hz atau 16 kHz, 23400 Hz atau 23,4 kHz dari Eropa, 16400

Hz atau 16,4 kHz dari JXN dan 15100 Hz atau 15,1 kHz dari FUO.

b. R-1 Mean ( Ohmm)

Control ini merupakan nilai resistivitas rata-rata dari sejumlah data. Nilai

resistivitas rata-rata ini nilainya berubah apabila diinterpolasi.

c. 2-Layer

Control ini digunakan untuk memulai interpolasi yang akibatnya terdapat

garis kurva pada sebaran data.

Gambar 8. Tampilan setelah diklik control 2-layer

d. Update

Control ini digunakan apabila nilai-nilai pada control dirubah, maka

dengan mengklik control update ini akan menampilkan tampilan sesuai

nilai yang dirubah tersebut.

e. Lagsca

Control Lagsca merupakan multiplier yang disebut Lagrange (L), yang

menentukan apakah inversi mencoba untuk meminimalkan kesalahan data

bukan kekasaran model. Jika L> 1, maka model akan menjadi sangat halus

dan cocok akan menjadi kasar. Jika L <1, maka akan cocok baik tetapi

model akan menjadi kasar. Biasanya nilai-nilai berkisar antara 0,1 dan 10.

Perhatikan bahwa kedua data dan model parameter skala menggunakan

variasi data maksimum dan variasi parameter maksimum (batas skala

resistivitas dan batas kedalaman). Oleh karena itu nilai default (L = 1)

menyediakan cukup baik kompromi antara fit data dan kelancaran model.

Namun, scaler Lagrange adalah Parameter yang paling penting dalam

penafsiran, karena sangat mempengaruhi model akhir.

f. R 1 wght, TH wght , R 2 wght

Mendefinisikan skala terpisah Lagrange untuk setiap parameter lapisan.

Jika salah satu nilai-nilai yang lebih besar dibandingkan dengan dua

lainnya, maka parameter yang akan menjadi lebih halus daripada yang

lain. Begitu juga sebaliknya, jika beberapa parameter berat badan lebih

kecil dari yang lain maka akan diizinkan untuk lebih bervariasi. Jika salah

satu bobot yang sama dengan nol, maka parameter yang sesuai akan

diperbaiki dalam setiap titik. Karena parameter skala juga, nilai-nilai

default = 1, cukup baik kompromi. Seringkali berguna untuk

meningkatkan berat lapisan overburden jika dapat dianggap untuk

mewakili serupa materi.

g. F-Length

h. Optimize

Tombol melakukan sejumlah tertentu iterasi invers. Inversi ini didasarkan

pada linearized skema inversi. Matriks sensitivitas dibangun secara

numerik menggunakan perbedaan maju. Sistem linear diselesaikan untuk

langkah-langkah parameter menggunakan dekomposisi nilai singular

(SVD) bersama dengan redaman adaptif dan otomatis.

Gambar 9. Tampilan setelah diklik control optimize sebanyak 5 kali

i. Edit Thic

Tombol ini digunakan untuk memberikan ketebalan bervariasi secara

manual untuk lapisan overburden dengan menggunakan mouse. Setelah

menekan tombol Edit thic perubahan kursor mouse ke sebuah crosshair

kursor di atas grafik. Pengguna kemudian mulai untu mengambil nilai-

nilai mendalam dengan menekan kiri mouse tombol. Modus editing

berakhir setelah menekan tombol kanan mouse. Program kemudian

interpolates nilai ketebalan overburden antara pertama dan titik kedalaman

terakhir dan membuat meneruskan perhitungan. Jumlah maksimum titik

yang dipilih sama dengan jumlah asli datum poin. Perhatikan bahwa titik

harus diambil dalam urutan menaik, yaitu, dari awal profil menjelang

akhir.

j. R-min (ohm ), R-max (ohmm), T-max (ohmm)

Kontrol-kontrol ini menentukan minimum dan maksimum nilai skala

resistivitas dan nilai kedalaman maksimum di pseudosections. Catatan

bahwa pada skala warna sebenarnya logaritma 10-dasar nilai-nilai

resistivitas ditampilkan.

k. Edit Fix/Free

Pada control ini terdapat subcontrol yaitu Rho 1, Thic dan Rho 2 yaitu

Parameter tetap ditunjukkan dengan simbol salib kecil di atas pusat elemen

terkait dalam pseudosection tersebut. Modus editing mirip dengan lapisan

Ketebalan editing: kursor menjadi crosshair, tombol kiri mouse memilih

poin, dan kanan mouse Tombol berhenti modus pengeditan. Namun, tidak

ada interpolasi digunakan dan oleh karena itu setiap blok Model harus

dipilih secara manual. Jika editing dibuat tanpa pilihan (klik kiri mouse),

maka Parameter tertentu (Rho1, Thic, Rho2) diatur gratis di setiap titik.

Untuk pengaturan tampilan grafik, maka dapat diatur dalam file.DIS, dimana

dalam file.DIS tersebut seperti berikut ini :

Tampilan:

Gambar 10. Tampilan garfik 2LAYINV

BAB III

KESIMPULAN

Setelah melakukan praktikum VLF-R dan mengoperasikan program

2LAYINV untuk pengolahan data VLF-R, maka kita dapat menyimpulkan

bahwa data-data yang didapat pada metode VLF-R ialah Jarak , Medan

Listrik Ex, Medan Magnet Hy , Resistivitas semu, dan Fasa. Dari kelima

data tersebut dibuat file.DAT sesuai aturan-aturan program 2LAYINV

untuk mendapatkan tampilan penampang 2D nya. Tampilan tersebut dapat

diatur dengan mengklik control-control yang terdapat pada tampilan

program tersebut. Control yang paling utama ialah control optimize untuk

iterasi pada interpolasi data-data VLF-R sehingga diperoleh harga RMS d

yang sangat kecil.

DAFTAR PUSTAKA

1. Eunhice Skyce, 2010. Metode Elektromagnetik VLF. Jakarta

2. Scrib.com/Metode Elektromagnetik VLF by Dwinnat diakses tanggal

06 Oktober 2012.

3. Dimasain.blogspot.com/Metode VLF by Pemuda Upil/ diakses tanggal

06 Oktober 2012.