APLIKASI METODE VLF GRADIENT VERTIKAL UNTUK PEMETAAN SUNGAI BAWAH PERMUKAAN DI DAERAH KARS: BRIBIN, GUNUNG KIDUL
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai syarat meraih gelar Sarjana Teknik Strata Satu Di Program Studi Teknik Geofisika, Institut Teknologi Bandung
Oleh R MOCHAMAD TOFAN S NIM 123 03 020
PROGRAM STUDI TEKNIK GEOFISIKA FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
HALAMAN PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir ini berjudul “ Aplikasi Metode VLF Gradient Vertikal untuk Pemetaan Sungai Bawah Permukaan Gunung Kidul ”,
disusun dan diajukan
di Daerah Kars:
untuk menyelesaikan
Bribin,
pendidikan
sarjana strata satu di Program Studi Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, Institut Teknologi Bandung, yang selanjutnya telah diperiksa dan disetujui oleh pembimbing Tugas Akhir.
Bandung, Juni 2008
Penulis, R Mochamad Tofan S NIM.12303020
Menyetujui:
Dosen Pembimbing I,
Dosen Pembimbing II,
Dr.rer.nat.Wahyudi W.P.
Ayi Syaeful Bahri, M.T.
NIP:131923765
NIP: 132164186
ii
ABSTRAK
Hasil VLF-EM dirasakan belum cukup memuaskan dalam memetakan suatu anomali yang disebabkan oleh benda konduktif. Selain itu interpretasi data VLF secara kualitatif seringkali kurang memuaskan dalam menentukan kedalaman suatu
benda anomali. Dalam tugas akhir ini digunakan metode
VLF-EM-vGRAD untuk mendapatkan interpretasi kualitatif dan pemodelan ke belakang untuk mendapatkan interpretasi kuantitatif. Kedua metode ini diaplikasikan untuk memetakan aliran sungai bawah permukaan di kawasan kars Bribin, Semanu. Metode VLF-EM-vGRAD didasarkan pada pengertian bahwa selisih medan magnetik pada ketinggian berbeda hanya disebabkan oleh benda konduktif di bawah permukaan saja.
Sedangkan pemodelan ke belakang
digunakan untuk memperoleh model resistivitas bawah permukaan. Dengan mengaplikasikan metode VLF-EM-vGRAD dan pemodelan ke belakang, diharapkan arah aliran sungai bawah permukaan menjadi lebih jelas dan lebih mudah untuk diselidiki. Dari model resistivitas hasil pemodelan ke belakang, dapat diperkirakan kedalaman dari sungai bawah permukaan tersebut, sehingga arah alirannya dapat diperkirakan juga. Penggabungan interpretasi secara kualitatif dan kuantitatif menghasilkan kesimpulan bahwa arah aliran sungai bawah permukaan mengalir dari utara ke selatan daerah Depan Kantor Bribin, dan tidak melewati daerah Belakang Kantor Bribin. Dalam prakteknya interpretasi kuantitatif memerlukan sebagai masukan dalam
informasi dari interpretasi kualitatif
proses pemodelan ke belakang, sehingga hasil
interpretasi menjadi lebih akurat.
Kata kunci : VLF-EM-vGRAD,
Interpretasi
Kualitatif,
Interpretasi
Kuantitatif.
iii
ABSTRACT
The result of VLF-EM was not satisfied for mapping anomaly that was caused by conductor. However, qualitative interpretation of VLF data can’t determine the anomaly depth accurately. In this final project I have used VLFEM-vGRAD method for getting qualitative interpretation and quantitative interpretation from inversion. These methods was applied to subsurface river in karst region Bribin, Semanu. VLF-EM-vGRAD method was based on the define that delta of magnetic field value in different height was caused only by conductive material in subsurface. Whether the inversion was used to get the subsurface resistivity model. By applied these methods, the flow trend of subsurface river can clearly detected and easy to be investigated. From resistivity inversion model, we can predict the depth of subsurface river, so the flow direction of subsurface river can be predicted. Integrating qualitative and quantitative interpretation region of Depan Kantor Bribin yield the flow subsurface river moved from north to south and didn’t accross region of Belakang Kantor Bribin. Pratically, quantitative interpretation need qualitative interpretation for inversion process input, so the result of interpretation is more accurate.
Keyword:
VLF-EM-vGRAD, Interpretation
Qualitative
Interpretation,
Quantitative
iv
KATA PENGANTAR
Selalu ada hikmah dari setiap perjalanan yang bisa dipetik manfaatnya, asalkan kita mau terbuka dan mau belajar dari kesalahan kita. Begitu pula selama proses pengerjaan tugas akhir ini berlangsung. Begitu banyak hal yang didapat, dan tentu saja hal tersebut tidak terlepas dari orang-orang sekitar yang banyak memberikan petunjuk, pengarahan,
bantuan dan
dorongan motivasi yang begitu besar. Oleh karena itu saya ucapkan rasa terimakasih sebesar-besarnya pada pihak-pihak yang memberikan setetes cahaya dalam tugas akhir ini:
1. Ibu yang telah menjadi yang telah menjadi temanku, guruku dan orang tuaku. Terimakasih atas doa-doanya selama ini. Sungguh suatu motivasi yang besar dari setiap ucapan ibu. 2. Keluargaku Ayah, kakakku Yuan (Nobita), adikku Prima Diana Putri (Iyank) yang banyak memberikan dukungan moril dan spiritual. 3. Kedua pembimbing Tugas Akhir ini: Dr.rer.nat.Wahyudi W.P. dan Syaeful Bahri M.T. Terimakasih atas kesempatan, kepercayaan dan tanggungjawab, yang telah
diberikan selama ini. Sungguh suatu
pengalaman yang luar biasa yang bisa dipetik hikmah dan manfaatnya untuk ke depannya. 4. Dosen Wali Iwan Tachiyudin (alm), Agus Laesanpura yang sudah banyak memperhatikan kami selama 4 tahun ini. 5. Fernando A. Monteiro Santos atas izin penggunaan sofware (Inv2DVLF dan PreForw) penjelasan dan bantuannya. 6. Special thanks to: Dr. Darharta Dahrin, Eko Terra 04, Bu Titi dan Cloverst atas segala nasihat, motivasi yang diutarakan dengan tepat
v
dan pada saat tepat sehingga penulis mempunyai motivasi yang kuat dalam pengerjaan tugas akhir ini. 7. Seluruh Terra angkatan
2003 yang telah mengarungi bahtera
kehidupan Teknik Geofisika : Gd, dan Rio (thanks pisan buat sudah membantu
secara langsung selama ini), Ramdhan (thanks atas
printernya bozz), Yosef, Gunle, , Dani, Jaki, Yulgin, Ratih, Boble, Yanda, Vandok, Erik, Dado, Kresna, Oki, Soni, Edison, Suhada, Ismanyun dan Zain. 8. HIMA TG “TERRA” yang telah memberikan pengalaman yang besar selama ini. BPH 06/07 (Vandok, Bodat, Gunle, Gede, Yosep, YulginRatih-Yanda, Helmi, Ismi, Agus), BPH 07/08 (BK-Aiti, Aw, Dea, Ey, Bayu, Ayu, Mumu Ipay, Sondang, Dimas), BPA 07/08 terutama Gigin, Looney tones dan Didit, dan anggota lainnya yang senantiasa mau membangun himpunan ini dengan lebih baik: Edison coach Neri, Isti, Ekal, Reja,Burhan Asri Ana, Moo, Yan-Yan, Genk Powel Pap Gel dan Genk Warner Bros Pahri, Yahya, Manyu, dan lain lain. Sungguh pengalaman yang berharga mengenal
kalian dan bersama kalian.
Hidup Terra ! Terra! Terra! 9. Para senior Bayu TG 02, Effendy Terra 02, Frans Terra 02 yang banyak memberikan informasi untuk perbaikan tugas akhir ini. 10. Para penghuni lab SLB: Gajah, Burhan, Wika. Tanpa kalian mungkin pengerjaan tugas akhir ini akan selesai lebih cepat (hehehe). 11. Lab terkait : Lab Termodinamika dan Lab Indraja, dengan orangorangnya yang mengasikan. 12. Bi Nining dan Dani di Seskoad atas bantuannya. 13. A Hendra beserta
komputer dan printernya yang udah dijadikan
tempat untuk mengeprint draft TA hingga masa kolokium.
vi
14. Evangelion, Naruto, Conan, Hunter x Hunter dan Slum dunk yang menjadi hiburan selama pengerjaan tugas akhir ini berlangsung. 15. Teh Ina dan keluarga yang banyak memberikan dukungan. 16. Untuk segala gangguan, keributan dan keramaian : Shandy Muharamsyah Bachtiar, Dani Suniarsyah, Fasya Salman Alfarizki semoga kita bisa menjadi sobat seumur hidup. 17. Airin Rin_o Orin, dan keluarga yang banyak memberikan inspirasi. Makasih buat semuanya. 18. Allah SWT
atas segala rahmat dan karuniamu ku dapat bertemu
mereka. Atas segara rahmat dan karunimau ku bisa sampai di sini. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan yang perlu diperbaiki dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, oleh karena itu penulis mengharapkan segala komentar, saran dan kritik demi membangun kesempurnaan dari Tugas Akhir ini. Terakhir semoga laporan Tugas Akhir ini dapat membuka pengetahuan dan wawasan baru mengenai ilmu-ilmu geofisika yang semakin berkembang.
Bandung, Juni 2008 Penulis
R Mochamad Tofan S
vii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
ABSTRAK
iii
ABSTRACT
iv
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
1
1.2 Tujuan Penelitian
2
1.3 Batasan Masalah
2
1.4 Lokasi dan Waktu Penelitian
3
1.5 Perangkat Lunak
3
1.6 Peralatan
4
1.7 Sistematika Pembahasan
4
BAB II TEORI DASAR 2.1 Teori Dasar Metode VLF
6
2.2 Prinsip Dasar Metode VLF
8
2.2.1 Metode VLF-EM
9
2.2.2 Metode VLF-EM-vGRAD
10
2.3 Fase dan Polarisasi
11
2.4 Gangguan Terhadap Sinyal VLF
13
2.5 Tahapan Pengolahan Data VLF
14
2.5.1 Koreksi Topografi
14
2.5.2 Filter Moving Average
16
2.5.3 Filter Fraser
16
viii
2.5.4 Filter Karous Hjelt
18
2.6 Pemodelan
19
2.6.1 Pemodelan ke Depan
20
2.6.2 Pemodelan ke Belakang
21
2.6.3 Perhitungan Sensitivitas
22
BAB III HIDROGEOLOGI KARS 3.1 Kars
24
3.2 Teori Perkembangan Gua dalam Tanah
25
3.3 Geologi Daerah Penelitian
27
BAB IV PEMODELAN 4.1 Skema Pemodelan ke Depan dan Pemodelan ke Belakang.
28
4.2 Model Sungai Bawah Permukaan.
29
4.3 Model Sungai Bawah Permukaan pada Beda Ketinggian.
33
4.4 Model Aliran Sungai Bawah Permukaan.
35
BAB V DESAIN SURVEY DAN PENGOLAHAN DATA 5.1 Desain Survei.
40
5.2 Pengolahan Data.
41
5.2.1 Koreksi Topografi.
41
5.2.2 Filter Moving Average.
43
5.2.3 Filter Fraser.
44
5.2.4 Filter Karous-Hjelt.
46
5.2.5 Kontur Fraser VLF-EM dan VLF-EM-vGRAD.
47
5.2.6 VLF-EM-vGRAD Inphase, Quadrature, T-field dan Tilt angle.
48
5.5 Pemodelan ke Belakang.
51
BAB VI ANALISIS DAN INTERPRETASI 6.1 Depan Kantor Bribin.
54
ix
6.2 Belakang Kantor Bribin.
58
6.3 Hubungan Aliran Sungai Bawah Permukaan Depan-Belakang Kantor Bribin.
60
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1 Kesimpulan
61
7.2 Saran
62
DAFTAR PUSTAKA
63
LAMPIRAN A.
Gambaran Daerah Pengukuran VLF.
66
B.
Gambaran Pengukuran VLF di Lapangan.
67
x
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 1.1 Lokasi Penelitian di daerah Ngeposari (kotak merah).
3
Gambar 2.1 Distribusi Medan Electromagnetic untuk metode VLF dalam polarisasi listrik dengan sinyal di atas sebuah dike konduktif vertikal (diambil dan digambar ulang dari Bosch dan Muler, 2001)
8
Gambar 2.2 Hubungan amplitudo dan fase gelombang sekunder S dan gelombang primer P (Kaikonen, 1979).
11
Gambar 2.3 Polarisasi ellips akibat kehadiran benda konduktif pada bidang medan electromagnetic (Sacit,1981) Gambar 2.4
12
Efek topografi pada aliran arus VLF dan medan magnetik: (a) Polarisasi medan listrik , (b) Polarisasi medan magnetik
Gambar 2.5
(McNeil dan Labson, 1987)
15
Hubungan antara kemiringan lereng dengan besarnya koreksi topografi (Baker dan Myers, 1980)
Gambar 2.6 Respon pengukuran dari mengaplikasian
filter
model sintetik
Fraser.
Titik-titik
15 dengan hijau
memperlihatkan posisi benda pada sumbu–x, untuk : a) Data sintetik VLF-EM, terdiri dari data real (merah) dan imaginer (biru), b) Data terfilter Fraser dan (c) Model benda resistivitas dengan harga 100 ohm-m. Gambar 2.7
17
Rapat arus ekivalen yang dihitung dengan menggunakan filter Karous-Hjelt: (a) inphase dan (b) quadrature. Kotak bergaris hitam adalah
posisi benda anomali
sebenarnya. Gambar 2.8
18
Mesh finite elemen (garis biru ) untuk pengukuran dari 0460. Pada daerah konduktif (kotak bergaris merah)
xi
dilakukan pendiskretisasian yang lebih rapat karena disekitar ini terjadi variasi nilai medan yang besar. Gambar 2.9
20
Model resistivitas yang diperoleh dengan pemodelan ke belakang
dari model sintetik. Kotak bergaris hijau
adalah model yang digunakan untuk menghasilkan data sintetik. Gambar 3.1
23
Skema tipologi sistem akifer kars (Mandel dan Shiftan,1981)
Gambar 3.2
Teori-teori
25 perkembangan gua
dalam tanah(three
theories cavern development) (Ford, 2003)
26
Gambar 4.1
Kisaran nilai resisitivitas material bumi (Sheriff, 1991)
29
Gambar 4.2
Model sungai bawah permukaan pada daerah kars.
30
Gambar 4.3
Batasan mesh dalam melakukan pemodelan ke depan.
31
Gambar 4.4
Respon inphase hasil pemodelan ke depan dari model pengisi rongga pada daerah kars dengan perubahan persentasi air dan udara.
Gambar 4.5
32
Respon quadrature hasil pemodelan ke depan dari model pengisi rongga pada daerah kars dengan perubahan persentasi air dan udara.
Gambar 4.6
32
Model resistivitas sungai bawah permukaan pada beda ketinggian.
Gambar 4.7
Respon inphase
33 terukur dari model pada beda
ketinggian: respon dari model
(kiri) respon setelah
difilter Fraser (kanan). Gambar 4.8
Respon quadrature
34 terukur dari model pada beda
ketinggian: respon dari model
(kiri) respon setelah
difilter Fraser (kanan). Gambar 4.9
Respon total-field
34 terukur dari model pada beda
ketinggian: respon dari model difilter Fraser (kanan).
(kiri) respon setelah 35
xii
Gambar 4.10 Respon tilt-angle
terukur dari model pada beda
ketinggian: respon dari model (kiri) respon setelah difilter Fraser (kanan).
35
Gambar 4.11 Model aliran sungai bawah permukaan: Peta model aliran sungai bawah permukaan (atas),
Penampang
model aliran sungai bawah permukaan (bawah).
36
Gambar 4.12 Respon inphase (ungu) dan quadrature (hijau) yang didapat dari pemodelan ke depan. Gambar 4.13 Mesh finite element pemodelan ke belakang.
37 37
Gambar 4.14 Model resistivitas hasil pemodelan ke belakang. Kotak biru adalah posisi benda anomali sebenarnya.
38
Gambar 4.15 Model sensitivitas hasil pemodelan ke belakang.
39
Gambar 4.16 Respon kalkulasi hasil pemodelan ke belakang.
39
Gambar 5.1
Desain survei lokasi penelitian pada sistem sungai bawah permukaan Bribin, Semanu.
40
Gambar 5.2
Diagram alir pengolahan data VLF.
41
Gambar 5.3
Profil Topografi line 1 Depan Kantor Bribin. Kotak merah adalah kemiringan diantara titik ke-3 dan titik ke4.
Gambar 5.4
Contoh penentuan koreksi topografi Baker dan Myers pada kemiringan 160 .
Gambar 5.5
42
Data inphase-up pada line 1 sebelum dan sesudah (ungu) dilakukan koreksi topografi Baker dan Myers.
Gambar 5.6
42
43
Filter moving average dengan menggunakan window 5 pada data inphase-up line 1 yang telah terkoreksi topografi.
Gambar 5.7
43
Filter Fraser diaplikasikan pada data inphase-up dan quadrature-up pada line 1.
44
Gambar 5.8 Peta Kontur data lapangan inphase-up Depan Kantor Bribin: (a) Sebelum dan (b) Sesudah dilakukan filter Fraser.
45
xiii
Gambar 5.9
Profil kedalaman rapat arus akivalen hasil filter KarousHjelt dan peta kontur filter Fraser inphase-up Depan Kantor Bribin. Titik-garis biru menunjukkan posisi anomali pada sumbu x pada kedua jenis filter tersebut.
46
Gambar 5.10 Peta kontur Fraser dan profil kedalaman Karos-Hjelt VLF-EM (a dan b) dan VLF-EM-vGRAD (c). Anomali pada peta kontur Fraser VLF-EM-VGRAD menjadi lebih jelas dibandingkan VLF-EM.
47
Gambar 5.11 Titik anomali pada data inphase gradien, quadrature gradien, total-field gradien dan tilt-angle gradien pada filter Fraser dan filter Karous-Hjelt. Gambar 5.12 Geometri
meshfinite
element
50 dalam
pemodelan ke belakang. Kotak biru
melakukan
adalah nodes,
sedangkan kotak hijau blok-blok yang berisi kumpulan nodes.
51
Gambar 5.13 Keluaran dari program InvVLF2D setelah ditampilkan dengan menggunakan MATLAB a) Model resisitivitas yang dihasilkan dari proses pemodelan ke belakang, b) Sensitivitas model hasil pemodelan ke belakang c) Perbandingan Respon VLF data inphase dan quadrature data lapangan dengan hasil pemodelan ke belakang. Gambar 6.1
Tilt-angle gradien (kotak bergaris hitam) di atas aliran sungai bawah permukaan (garis biru) .
Gambar 6.2
53
54
Respon anomali data inphase gradien, quadrature gradien, total field gradien, dan tilt anglegradien terhadapt aliran sungai bawah permukaan.
Gambar 6.3
55
Interpretasi kedalaman sungai bawah permukaan dari hasil pemodelan ke belakang.garis merah adalah aliran sungai bawah permukaan yang telah diketahui sedangkan garis putus-putus adalah interpretasi titiktitik anomali yang belum diketahui.
57
xiv
Gambar 6.4
Hasil profil resistivitas dengan menggunakan metode VES (Warnana dan Bahri, 2004).
Gambar 6.5
Hasil VLF-EM-vGRAD data inphase pada daerah Belakang Kantor Bribin.
Gambar 6.6
58
Model Resistivitas hasil pemodelan ke belakang daerah Belakang Kantor Bribin.
Gambar 6.7
57
59
Hasil interpretasi aliran sungai bawah permukaan Depan-Belakang Kantor Bribin.
60
Gambar A.1
Daerah sekitar pengukuran VLF.
66
Gambar B.1
Hal-hal penting dalam pengukuran VLF di lapangan.
67
Gambar B.2
Pengukuran metode VLF-EM-vGRAD.
67
xv
DAFTAR TABEL
Tabel
4.1
Parameter akusisi model sungai bawah permukaan.
30
Tabel
4.2
Parameterakusisi model aliran sungai bawah permukaan.
36
Tabel
5.1
Parameter akusisi survei VLF di Depan dan Belakang Kantor Bribin
40
xvi
