Topik Utama HIGH RESOLUTION MINI SEISMIC DATA ACQUISITION SYSTEM (HR MS-DAS) Suprajitno Munadi dan Rosie A. S Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi “LEMIGAS”
[email protected]
SARI HR MS-DAS direncanakan merupakan inovasi dalam bidang intrumentasi geofisika yang terdiri dari portable airgun, springless geophone dan data recorder. Teknologi ini didesain untuk keperluan survei sesimik darat khususnya dalam pendeteksian reservoir migas dangkal. HR MS-DAS juga dapat digunakan sebagai metode alternatif dalam pendeteksian coal seam karena sampling rate dan sumber getarnya dapat menghasilkan resolusi tinggi. Beberapa keunggulan yang dimiliki HR MS-DAS diantaranya sensitivitas sensor, sample rate data dan mobilitas yang tinggi. Kata kunci : HR MS-DAS, inovasi, survei seismik
1. PENDAHULUAN Sumberdaya mineral, migas dan batubara terletak jauh di bawah permukaan sehingga untuk menentukan letaknya diperlukan teknologi pencitraan yang khusus. Bagaimana teknikteknik survey permukaan dapat memetakan keberadaan sumberdaya tersebut di atas kalau tidak ada teknologi pencitraan bawah permukaan yang canggih ? Sejauh ini teknologi survei seismik adalah metode yang banyak dipakai untuk itu. Teknologi seismik pada prinsipnya membangkitkan sumber gelombang pada suatu posisi dan menempatkan banyak alat penerima pada banyak posisi yang lain (Gambar 1) Sumber gelombang itu membangkitkan gempa buatan yang menyebabkan terjadinya usikan mekanis di dalam lapisan-lapisan batuan di bawah permukaan dan mengalami pemantulan dan pembiasan pada bidang batas antar lapisan.
Bidang batas antar lapisan ini dalam banyak hal dapat mewakili struktur atau geometri dari sumberdaya mineral, migas ataupun batubara. Dengan mencatat waktu tempuh gelombang terpantul ini dan melakukan koreksi seperlunya maka kita dapat memetakan penyebaran lapisan pengandung sumberdaya mineral, migas atau batubara tadi. Terlihat bahwa teknologi seismik terdiri dari sumber gelombang, kemudian ada sensor (disebut geofon atau hidrofon) yang menerima gelombang terpantul dan rangkaian elektronik yang merekam gelombang-gelombang terpantul tadi dalam bentuk data digital. Sumber gelombang yang dirancang untuk menyentuh target berupa lapisan tebal yang dalam pada umumnya selalu tidak mampu melihat target berupa lapisan tipis yang dangkal. Tulisan ini mengungkap upaya rekayasa untuk merancang bangun instrumen seismik yang dapat dipakai untuk melakukan eksplorasi target-target
High Resolution Mini Seismic Data Acquisition System (HR MS-DAS); Suprayitno Munadi dan Rosie AS
37
Topik Utama target-target tipis yang dangkal yang kami beri nama : "High Resolution Mini Seismic Data Acquisition" atau disingkat HR MS-DAS. Sebagaimana teknologi seismik yang baku HR MS-DAS terdiri dari sumber gelombang, sensor dan alat perekam elektronik. Bedanya dengan alat yang ada dipasaran adalah bahwa sumber gelombang seismik yang dipakai di sini adalah sesuatu yang "portable", ringan, mudah dioperasikan dan mampu membangkitkan frekuensi tinggi. Alat ini kami namakan "Portable airgun" yang mampu membangkitkan letupan dengan tekanan sampai 100 bar. (lihat Gambar 2). Letupan dengan tekanan sebesar itu diharapkan dapat memberi usikan mekanis kepada lapisan-lapisan batuan sampai sedalam 300m. Kemudian sebagai sensor, telah dirancang bangun suatu geofon khusus yang kami namakan "spring less geophone" (Gambar 3). Springless geophone ini berbeda dengan yang biasa dipakai di industri karena disini tidak
terdapat pegas sebagai peredam getaran, sebagai gantinya dia merupakan magnet yang mengambang di dalam medan magnet. Springless geophone ini mempunyai sensitivitas yang lebih tinggi dari pada geofon yang terdapat di pasaran yakni sebesar 943 mVolt/cm/det (geofon yang baku mempunyai sensitivitas 500700 mVolt/cm/det. Rangkaian perekam dalam HR MS-DAS dibuat dengan men"cangkok"kan NI DAQ I/O suatu produk National Instrument (Jerman) yang memiliki kemampuan mencacah data sebesar 10.000 data perdetik sehingga memungkinkan alat ini beroperasi pada resolusi tinggi.
2. RANCANG BANGUN INSTRUMEN 2.1. Portable Airgun Survei seismik merupakan proses yang dilakukan untuk memperoleh data bawah permukaan dengan memanfaatkan parameter fisika batuan (Gambar 1).
Gambar 1. Survei seismik
38
M&E, Vol. 8, No. 3, September 2010
Topik Utama Seperti yang ditunjukkan gambar diatas terdapat tiga buah elemen penting dalam pelaksanaan survei seismik yakni sumber getar, geophone dan data recorder. Penggunaan truk vibroses atau impulsive sebagai sumber getar tentunya memerlukan biaya operasional yang cukup tinggi, selain itu kondisi topografi lapangan yang tidak selalu datar (flat) dapat menghambat pelaksanan survei.
sebuah sistem pegas-pengungkit, sehingga ledakan akan terjadi ketika tekanan di dalam chamber lebih besar dari gaya pemulih pegas dibagi luas penampang pegas.
Dalam rekayasa instrumen HR MS-DAS sumber getar dihasilkan dari letupan portable airgun. Airgun yang diutarakan di sini dirancang secara khusus tanpa memanfaatkan peralatan kompresor yang berat dan sebagai gantinya dipakai tabung gas bertekanan tinggi. Secara umum mekanisme timbulnya ledakan spontan antara airgun yang umum digunakan dalam survei seismik laut sama dengan portable airgun. Akan tetapi diantara keduanya terdapat perbedaan mendasar dari segi mekanik.
Secara matematis sistem mekanik portable airgun sangat efisien dan memungkinkan untuk dihasilkan tenaga letupan yang cukup besar hanya dengan mengganti jenis pegas yang digunakan. Agar menghasilkan letupan dalam kecepatan tinggi maka pada bagian output valve dibentuklah nozel. Akan tetapi perbedan rasio luas chamber dengan output valve yang cukup besar menyebabkan frekuensi ledakan yang dihasilkan airgun lebih tinggi daripada portable airgun. Oleh karena itu portable airgun sangat tepat digunakan sebagai sumber ledakan pada survei seismik untuk pendeteksian reservoir dangkal. Hasil rancang bangun portable airgun tersebut di atas diperlihatkan pada Gambar 2 (c).
Pada teknologi airgun yang umum digunakan trigger/control letupan dilakukan melalui aktivasi solenoid valve, namun dalam portable airgun trigger terbentuk secara otomatis melalui
Pchamber
Fpegas
(1)
Apegas
Udara masuk
Udara keluar
(a). Airgun
(b). Portable airgun Gambar 2. Mekanik airgun
High Resolution Mini Seismic Data Acquisition System (HR MS-DAS); Suprayitno Munadi dan Rosie AS
39
Topik Utama
Gambar 2(c). Realisasi portable airgun
Gambar 3 a. Springless geophone
2.2. Springless geophone Seperti yang ditunjukkan pada gambar 1 sensor getaran yang umum digunakan dalam survei seismik disebut sebagai geophone. Geophone berfungsi mengubah sinyal getaran tanah menjadi tegangan listrik melalui peristiwa induksi magnetik. Pada HR MS-DAS geophone yang digunakan kami sebut sebagai springless geophone. Perbedaan mendasar pada springless geophone adalah metode ini tidak memerlukan sistem pegas untuk menghasilkan gerak osilasi.(Gambar 3 a). Gerak osilasinya terjadi akibat perpaduan antara getaran tanah, massa magnet, gaya tolak menolak magnetik dan gaya gravitasi. Springless geophone dibentuk dari tiga buah magnet yang tersusun bertingkat (vertikal), konfigurasi seperti ini mengakibatkan magnet kedua (ditengah) akan bergetar di dalam kumparan apabila dikenakan sebuah getaran. Sensitivitas dan frekensi natural merupakan karakteristik penting yang harus dimiliki geophone. Pada geophone yang umum digunakan sensitivitas alat berkisar pada 500-
40
Gambar 3.b. Realisasi springless geophone 700 mvolt/cm/s sedangkan pada Springless Geophone nilai sensitivitas mencapai 943 mvolt/ cm/s. Perbedaan yang cukup signifikan tersebut sangat mempengaruhi data keluaran. Pada pemodelan respon steady-sate menunjukkan bahwa spiringless geophone mampu memberikan respon terbaik jika rasio frekuensi antara frekuensi natural( n) dengan frekuensi sumber ( ) lebih besar dari tiga. (Gambar 4) Artinya dengan frekuensi natural 20.234 Hz yang
M&E, Vol. 8, No. 3, September 2010
Topik Utama springless geophone maka sumber ledakan harus memiliki frekuensi minimum sebesar 60 Hz. 2.3. Data Recorder Untuk mendukung pelaksanaan survei maka dalam HR MS-DAS disusun dengan menggabungkan hardware dan software yang berfungsi sebagai data recorder. Hardware dibentuk dengan memanfaatkan produk National Instrument yaitu NI DAQ I/O yang memiliki sample rate mencapai 10k/detik, artinya dalam 1 detik akan terbaca sebanyak 10.000 data, meskipun demikian modifikasi tetap dilakukan diantaranya dengan penambahan pre-Amp, Gain dan filter signal (low dan high pass). Dari segi software dibentuk sebuah progam berbasis OOP (Object Oriented Program) yang mampu membaca data dari hardware untuk kemudian dimasukkan ke dalam data base. Selain itu fitur tambahan yang ada dalam program ialah mampu melakukan penguatan dan filter secara digital serta mampu memberikan informasi terkait geophone yang tidak aktif. Program tersebut dibentuk menggunakan bantuan software Labview 7.1.
3. IMPLEMENTASI Secara umum rencana pelaksanaan survei seismik darat menggunakan HR MS-DAS ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Aplikasi HR-MSDAS dengan portable airgun, springless geophone dan data recorder Harus kami akui bahwa dari hal-hal yang dibahas di atas belum terealisasi seluruhnya sebagai satu kesatuan. Baru springless geophone saja yang sudah mengalami uji coba lapangan, portable airgun sudah jadi tapi baru mengalami uji coba laboratorium. Sedankan software untuk merekam NIDAQ serta Labview 7.1 masih berupa barang pinjaman dari Universitas Jenderal Sudirman.
1.8
R espon frekuensi (H)
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 d = 0,3 0.4
d = 0,5
0.2
d = 0,7
0 0
1
2
3
4
5
6
Frekuensi ratio (r)
Gambar 4. Respon steady state
High Resolution Mini Seismic Data Acquisition System (HR MS-DAS); Suprayitno Munadi dan Rosie AS
41
Topik Utama 4. KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
1) HR MS-DAS (kalau sempat terealisasi) merupakan sebuah inovasi dalam bidang instrumentasi geofisika yang memiliki keunggulan dari segi performa dan mobilitas alat.
Kraus and Fleisch, Electromagnetic with Application, 5fth Ed. Mc Graw-Hill International Editions
2) Penggunaan portable air gun sebagai sumber getar memiliki biaya operasional yang lebih ekonomis dibandingkan dengan penggunaan truk vibrosis maupun impulsive serta lebih aman jika dibandingkan dengan sumber dinamit. HR MS-DAS dapat digunakan untuk kepentingan survei seismik di darat khususnya pendeteksian reservoir dangkal yang kedalamannya berkisar antara 100-300 meter. 3) Resolusi data yang diperoleh dari instrumen ini sangat tinggi karena interval sampling sewaktu merekam data digitalnya dapat diatur sebesar 10.000 sampel per detik (alat perekam seismik yang paling teliti saat ini beroperasi dengan 5.000 sampel/detik).
Reitz, J. R, Milford, F. J and Chirsty, R. W. Foundation of electromagnetic theory, 4fth Ed. Addison Wesler Publishing Company Rosie A.S, 2008, Perancangan Platvibrator untuk karaktersasi frekuensi dan uji sensitivitas Geophone. Fakultas Sains dan Teknik. Fisika, Universitas Jenderal Soedirman. Serway, R. A. and Jewett, W. J. Physics for scientists and Engineers. Thomson Brooks/ Cole. Sheriff, RE., A First Course in Geophysical Exploration and Interpretation, University of Houston, 1995 Suprajitno M. 2001. Instrumentasi Geofisika. Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Indonesia, Jakarta Thomson, W. T. 1981. Theory of Vibration with Application. 2nd Ed. Prentice-Hall, Inc.
42
M&E, Vol. 8, No. 3, September 2010
