KARAKTERISASI MIKROSTRUKTUR BATUAN KARBONAT PADA BERBAGAI UKURAN: MILI SAMPAI CENTIMETER
TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan tahap sarjana di Program Studi Fisika
oleh Luluan A. Lubis (102 03 072)
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG BANDUNG 2007
Lembar Pengesahan
KAJIAN PERUBAHAN BESARAN FISIS BATUAN KARBONAT DALAM SKALA CENTIMETER DAN SKALA MILIMETER Oleh : Luluan A. Lubis 10203072
Telah diujikan dalam sidang Sarjana mahasiswa Strata-1 Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung pada hari Jum’at, 27 Juni 2008 di depan tim penguji yang terdiri dari :
Pembimbing : Dr.rer.nat. Umar Fauzi Penguji I
: Dr. Nurhasan
Penguji II
: Maman Budiman Ph.D
Telah disetujui dan disahkan, Pembimbing
Dr.rer.nat. Umar Fauzi NIP. 131844768
i
KARAKTERISASI MIKROSTRUKTUR BATUAN KARBONAT PADA BERBAGAI UKURAN: MILI SAMPAI CENTIMETER MICROSTRUCTURE CHARACTERIZATION OF CARBONATE ROCK AT DIFFERENT SCALE: MILI TO CENTIMETER
Nama
: Luluan Almanna Lubis
NIM
: 10203072
Alamat
: Jln. Batik Keris No.3 Sukaluyu Bandung
Kelompok Keahlian : Fisika Sistem Kompleks Hari/Tanggal
: Jum'at/27 Juni 2008
Waktu
: 09.00 – 10.00
Tempat
: Ruang Staf Lama
Pembimbing
: Dr. Rer. Nat. Umar Fauzi
Penguji
: - Dr. Nurhasan - Maman Budiman, Ph.D
ABSTRAK Besaran fisis dari batuan bergantung pada skala atau jarak dari pengukuran. Pengamatan besaran aliran fluida seperti: porositas, luas area spesifik, radius hidraulik dan permeabilitas dilakukan dalam tugas akhir ini. Pengukuran dari besaran aliran fluida dilakukan pada batuan berukuran mili sampai centimeter. Sebaran besaran aliran fluida pada skala kecil memperlihatkan sebaran yang luas. Sebaran besaran aliran fluida mengecil seiring bertambahnya ukuran. Kata Kunci: Skala, porositas, permeabilitas, radius hidraulik, specific surface area.
ii
ABSTRACT Physical properties of rock depend on scale or range of measurement. Fluid flow properties, i.e.: porosity , specific surface area, radius hydraulic and permeability are investigated to study its variation with scale. Measurement/estimation of flow properties in millimeter and centimeter are carried out in rock section. Variation of fluid flow parameter at lower scale seems to be wider. The higher scale estimation, variation of fluid flow parameter decrease.
Keywords: carbonate rock, porosity, permeability, hydraulic radius, specific surface area, DIPMA.
xii
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir “Karakterisasi Mikrostruktur Batuan Karbonat Pada Berbagai Ukuran: Mili sampai Centimeter”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Sarjana di Departemen Fisika Institut Teknologi Bandung. Penyelesaian tugas akhir ini tak lepas dari dukungan berupa moril maupun materiil dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr.rer.nat. Umar Fauzi sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan penulisan laporan ini, Bapak Dr. Nurhasan dan Maman Budiman Ph.D sebagai dosen penguji yang telah memberi kontribusi besar dalam bentuk pertanyaan dan saran. 2. Kedua orang tua, Lily Adriany dan Zulkifli Lubis yang selalu memberikan dukungan, doa, kasih sayang, dan segalanya yang sangat berarti dalam kehidupan penulis. 3. Kedua adik, Qisthi A. Lubis dan Aqwam S. Lubis yang terus memberi dukungan kepada penulis. 4. Yuristka M. U. untuk 5,5 tahun terakhir dan Sania G. H untuk 2 bulan terakhir, terima kasih.
xiii
5. HIMAFI 2003, Kaswandhi, Surya, Badai, Inu, Zaky, Opik, Martin, Dian, Atep, Puput, Thuris, dll tidak ada penyesalan karena banyaknya waktu yang terbuang bersama kalian. 6. Teman-teman HIMAFI 2004, 2005, 2006, khususnya Dhey selama tingkat 3 penulis. 7. Rekan-rekan satu perjuangan, Bu Selly Feranie, Bogel, Meira dan Kathya yang bersama-sama penulis berjuang untuk menyelesaikan studi masingmasing. 8. Seluruh dosen dan staf Laboratorium Fisika Bumi serta Departemen Fisika yang telah memberikan bimbingan dan bantuan kepada penulis.
Atas segala bantuan penulis mengucapkan terima kasih, semoga Allah SWT memberikan balasan yang setimpal untuk semua kebaikan ini. Untuk selanjutnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi siapapun
yang
membacanya
terutama
bagi
pihak-pihak
yang
ingin
mengembangkan penelitian ini.
Bandung, Juni 2008
Luluan A. Lubis
iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK…………………………………………………………………….... i ABSTRACT…………………………………………………………………….ii DAFTAR ISI…...................................................................................................iii DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR..........................................................................................vii DAFTAR TABEL...............................................................................................xi PRAKATA...…..................................................................................................xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang..................................... .……………………………….......1
1.2
Rumusan Masalah....... .................................................................................2
1.3
Ruang Lingkup Kajian................................................................................. 2
1.4
Tujuan Penulisan.......................................................................................... 3
1.5
Metode dan Teknik Pengumpulan Data....................................................... 3
1.6
Sistematika Penulisan...................................................................................4
BAB II TEORI DASAR 2.1
Batuan Berpori ............................................................................................ 5
2.2
Besaran Fisis Batuan Berpori.......................................................................7 2.2.1
Permeabilitas.................................................................................... 8
iv
2.2.2
Perhitungan permeabilitas dengan radius hidraulik..………….......10
2.2.3
Analisis citra dengan two point correlation funtion (TPCF)………………………….………………………………....11
2.3
Struktur Gambar Digital………………………………………………….14
2.4
Besaran Fisis Sebagai Fungsi Ukuran……………………………………16
BAB III METODOLOGI 3.1
DIPMA….……………. ………………………………………………... 20
3.2
Data Skala Centimeter dan Skala Milimeter...…………………………... 22 3.2.1
Pengukuran citra dalam skala centimeter.......................................22
3.2.2
Pengukuran citra dalam skala milimeter........................................ 25
3.2.3
Algoritma dan diagram alir menggabungkan citra skala milimeter....................................................................... 30
3.3
Metode Perhitungan Besaran Fisis.............................................................34
BAB IV DATA, HASIL DAN ANALISIS 4.1
4.2
Data Eksperimen.............................................…………………………... 37 4.1.1
Data gambar sampel batuan........................................................... 37
4.1.2
Data gambar sampel batuan setelah dilakukan pengolahan........... 39
Hasil Perhitungan Besaran Fisis Batuan Karbonat.................................... 41 4.2.1
Data sampel (1) skala centimeter................................................... 41
4.2.2 Data preparat (3) skala milimeter...................................................45
v
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan.................................................................................................... 50 5.2
Saran.......................................................................................................... 51
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................ 52 LAMPIRAN A...................................................................................................54 LAMPIRAN B................................................................................................... 63
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Contoh batuan karbonat berstruktur pori sampel ME1-1.......…… 5
Gambar 2.2
Model sederhana dari persamaan Hagen-Poiseuille dan Kozeny-Carman............................................................................. 8
Gambar 2.3
Grafik TPCF...................................................................................13
Gambar 2.4
Gambar digital (kiri) dan representasi gambar digital (kanan) ..................................................................14
Gambar 2.5
Nilai pixel sebagai representasi gambar digital ............................15
Gambar 2.6
Contoh gambar digital dengan nilai pixel 0 dan 1 yang diinterpretasikan sebagai warna hitam untuk 0 dan putih untuk 1 ............................................................16
Gambar 2.7
Besaran fisis terhadap perubahan skala ........................................17
Gambar 2.8
Contoh grafik perubahan besaran fisis terhadap Perubahan skala.............................................................................18
Gambar 2.9
Porositas sebagai fungsi ukuran....................................................18
Gambar 3.1
Tampilan DIPMA.........................................................................21
Gambar 3.2
Hasil grafik TPCF ........................................................................21
Gambar 3.3
Alat yang digunakan utuk pengambilan citra digital untuk skala centimeter................................................................. 22
Gambar 3.4
Batu karbonat yang digunakan.....................................................23
Gambar 3.5
Citra disebelah kiri tidak menggunakan penggaris, citra disebelah kanan menggunakan penggaris. .......................... 23
viii
Gambar 3.6
Citra hasil croping dengan ukuran 300x300 pixels ....................24
Gambar 3.7
Alur pengambilan citra digital untuk skala centimeter................................................................. 25
Gambar 3.8
Alat yang digunakan utuk pengambilan citra digital untuk skala milimeter .................................................................. 26
Gambar 3.9
Skala ............................................................................................ 26
Gambar 3.10 Thin section batuan karbonat.......................................................27 Gambar 3.11 Citra disebelah kiri tidak menggunakan skala, citra disebelah kanan menggunakan skala lingkaran................... 27 Gambar 3.12 Hasil penggabungan citra thin section 3 dengan menggunakan MATLAB (3995x3840 pixels).................28 Gambar 3.13 Citra thin section 3 dengan ukuran 500x480 pixels.................................................................29 Gambar 3.14 Alur pengambilan citra digital untuk skala milimeter...................................................................30 Gambar 3.15 Hasil penggabungan citra secara horizontal.................................31 Gambar 3.16 Diagram alir algoritma menggabungkan citra digital secara horizontal.......................................................31 Gambar 3.17 Diagram alir algoritma menggabungkan citra digital secara vertikal........................................................... 33 Gambar 3.18 Grafik TPCF yang diperoleh dengan menggunakan DIPMA................................................................. 34 Gambar 3.19 Parameter TPCF dalam DIPMA..................................................35
ix
Gambar 3.20 Bagan perhitungan besaran fisis.............................................. 36 Gambar 4.1
Hasil gambar 2 dimensi dengan menggunakan kamera digital....................................................38
Gambar 4.2
16 citra 2 dimensi pada baris pertama preparat 3.................................................................................39
Gambar 4.3
Citra 2 dimensi batuan karbonat skala centimeter setelah dilakukan pengolahan citra........................................ ..39
Gambar 4.4
Citra 2 dimensi hasil dengan menggunakan kamera digital................................................. ..40
Gambar 4.5
Grafik kecendrungan porositas pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1)............................. .41
Gambar 4.6
Grafik kecendrungan s pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1)..............................42
Gambar 4.7
Grafik kecendrungan r Hidraulik pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1)............................. 42
Gambar 4.8
Grafik kecendrungan permeabilitas pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1)............................. 43
Gambar 4.9
Grafik kecendrungan porositas pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3)...................45
Gambar 4.10 Grafik kecendrungan S pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3)...................46 Gambar 4.11 Grafik kecendrungan r hidraulik pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3). ............... 46
x
Gambar 4.12 Grafik kecendrungan r hidraulik pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3)...............47 Gambar 4.13 Perbandingan porositas skala centimeter dan skala Milimeter............................................................................49
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Porositas dan permeabilitas dari berbagai jenis Grainstone........... 6
Tabel 2.2
Hasil percobaan Berryman dengan menggunakan TPCF .............13
Tabel 4.1
Estimasi besaran fisis sampel (1)...................................................44
Tabel 4.2
Sebaran estimasi besaran fisis sampel (1) .....................................44
Tabel 4.3
Estimasi besaran fisis preparat (3).................................................48
Tabel 4.4
Sebaran estimasi besaran fisis preparat (3)....................................48
vi
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A. DATA CITRA.......................................................................... 54 LAMPIRAN B. DATA BESARAN FISIS......................................................... 64
