IDENTIFIKASI STRUKTUR BATUAN BAWAH PERMUKAAN MENGGUNAKAN METODE SEISMIK REFRAKSI DI KAMPUNG BARU BANJARBARU Sumaos Triningsih1, Ibrahim Sota2, Sri Cahyo Wahyono2
ABSTRACT: It has been researched graving hole of ex-coal mining using refraction seismic method in Kampung Baru Banjarbaru. The hole is filled by water as acid puddle, where it is worried to flow through to soil layer by following the plot of rock layer’s slope. Identification of subsurface structure of the area is in order to know the direction of the water’s flow. Seismograph PASI 24 Channel has been used to collect data. The data has been processed using intercept time method. Interpretation results show the subsurface in residential area has 3 layers. First layer is decayed layer with wave velocity (295-413 m/s) and thickness (2.8-5.57) m. Second layer with wave velocity (787.4-919) m/s and thickness (10-11.66) m is interpreted as sand and gravel. Whereas, third layer with wave velocity (1282-2020) m/s and area boundary between h2 dan h3 about (13.42-16.01) m is interpreted as clay (waterproof layer). Keywords: Seismic refraction, Intercept time method, Banjarbaru
PENDAHULUAN
penambangan batubara bersifat asam,
Aktivitas
kegiatan
manusia
dan lokasi tersebut terletak di dataran
seperti eksploitasi sumber daya alam
yang cukup tinggi dari pemukiman
berupa penambangan batubara sudah
warga, oleh sebab itu dikhawatirkan bila
terjadi di Desa Kampung Baru Sei Abit
turun hujan, air akan merembes ke
Kecamatan
lapisan tanah mengalir mengikuti alur
Cempaka
Kabupaten
Banjarbaru sekitar 20 tahun yang lalu.
berdasarkan
Penambangan batubara yang dilakukan
batuan. Akibat kegiatan penambangan
merupakan
batubara terjadi perubahan kondisi fisik
terbuka
sistem (open
penambangan
lapisan
Kegiatan
dan kimia di lokasi tambang dan
penambangan ini banyak menimbulkan
sekitarnya seperti penurunan pH air
kerusakan lingkungan. Tidak adanya
sehingga
proses
kehidupan dan kualitas lingkungan.
reklamasi
mengakibatkan bekas
pit).
kemiringan
di
area
tersebut
terbentuknya
lubang
batubara
yang
galian
berdampak
Air galian
genangan
bekas
terhadap
lubang
batubara umumnya tercemar
menyerupai bentuk mangkok dengan
oleh asam sulfat dan senyawa besi. Air
kedalaman lebih dari 10 meter. Pada
yang mengandung kedua senyawa ini
dasarnya
dapat berubah menjadi asam. Bila air
1 2
tanah
bekas
hasil
Alumni Mahasiswa Program Studi Fisika FMIPA UNLAM Staff Pengajar Program Studi Fisika FMIPA UNLAM
144
yang bersifat asam ini melewati daerah
145
kecepatan gelombang 1000 m/s diduga
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (144–153)
batuan karang kapur akan melarutkan
pencampuran
senyawa Ca dan Mg yang terlarut
didominasi oleh pasir dan lapisan ketiga
dalam
efek
dengan kecepatan gelombang 2000
terjadinya air sadah, yang tidak bisa
m/s diduga pencampuran batu pasir
digunakan untuk mencuci karena sabun
dan lempung.
air
sehingga
memberi
tidak berbuih. Pada musim kemarau sebagian
warga
memanfaatkan
air
pasir
Berdasarkan muncul
suatu
kerikil
hal
yang
tersebut,
permasalahan
untuk
genangan tersebut untuk keperluan
mengkaji apakah kemiringan lapisan
mandi dan mengakibatkan kulit mereka
batuan di lubang bekas galian tambang
terasa gatal.
batubara tersebut mengarah ke sumur
Sebelumnya penelitian seismik
telah
dilakukan
menggunakan refraksi
Supriyanto
oleh
2009
metode
Priyantari
dengan
&
hasil
warga atau tidak, dan bagaimana pula formasi
batuannya,
mengidentifikasi
maka
penulis
struktur
bawah
permukaan di daerah tersebut.
kecepatan lapisan pertama (184–198,8) m/s dan kedalaman (3,03–6,76) m.
DASAR TEORI
Kecepatan lapisan kedua (427,1–11,7)
Struktur geologi yang terdapat di
m/s dengan kedalaman (4,37–7,65) m,
lembar Banjarmasin (termasuk Kota
sedangkan kecepatan lapisan ketiga
Banjarbaru)
(918,02–972,2) m/s dengan kedalaman
sesar naik, sesar normal dan sesar
13,36
mendatar. Berdasarkan peta geologi
m.
penelitian
Selanjutnya menggunakan
dilakukan metode
adalah
Kalimantan
antiklin,
Selatan
sinklin,
dengan
seismik refraksi oleh Refrizon et al,
perbandingan
2008
diperoleh informasi bahwa Banjarbaru
dengan
hasil
untuk
lapisan
1:250.000
terletak
lepas, lapisan kedua (1607–2230) m/s
3o’31’52’’LS
sebagai lempung (clay), lapisan ketiga
114o53’8,3”BT (Heryanto & Supriatna,
(2095–3232) m/s sebagai batu pasir.
1997). Hukum
koordinat
3o31’50”–
pertama (894–1299) m/s sebagai pasir
Penelitian selanjutnya oleh (Adnyawati
pada
skala
dan
114o51’4,1”–
pemantulan
dan
et al, 2012)diperoleh hasil untuk lapisan
pembiasan gelombang dalam seismik
pertama dengan kecepatan gelombang
refraksi menurut (Telford et al, 1976)
(300 m/s) yang diduga percampuran
adalah Azas Fermat, Prinsip Huygens,
pasir kerikil, lapisan kedua dengan
Sudut Kritis. Gelombang seismik adalah
Triningsih, S., dkk., Identifikasi Struktur Batuan Bawah Permukaan.............146
gelombang mekanis yang merambat
diberikan, terjadi gerakan gelombang di
dari satu tempat ke tempat lain dengan
dalam
bumi sebagai mediumnya. Gelombang
memenuhi hukum-hukum elastisitas ke
seismik dapat terjadi karena adanya
segala
sumber
pemantulan atau
gelombang
seismik
buatan
medium
arah
yaitu
dan
batuan
akan
yang
mengalami
pembiasan akibat
seperti dinamit, wiegth drop, maupun
munculnya
Vibroseis (Telford et al, 1976).
kemudian pada jarak tertentu gerakan
Berdasarkan
arah
getarnya,
perbedaan
kecepatan,
partikel tersebut direkam sebagai fungsi
gelombang seismik dapat dibedakan
waktu.
menjadi dua tipe yaitu, gelombang
inilah
tubuh (body waves) dan gelombang
lapisan
permukaan
permukaan bumi (Telford et al, 1976).
(surface
Gelombang
tubuh
waves). terdiri
Berdasarkan dapat atau
Geofon
dari
rekaman
diperkirakan
bentuk
struktur
bawah
atau
seismometer,
adalah
dan gelombang transversal (gelombang
berhubungan langsung dengan bumi
S).
adalah
yang mampu mengubah gerakan bumi
gelombang yang terdiri dari gelombang
akibat tembakan menjadi sinyal listrik.
Love & Rayleigh, dimana gelombang
Sinyal ini merupakan masukan ke
tersebut berjalan melalui permukaan
sistem
bumi (Reynolds, 1997).
akhirnya
Menurut
permukaan
instrumental,
dimana
merupakan
yang
hasil
penyajian
informasi geologi bawah permukaan
merupakan
dalam beberapa bentuk yang terlihat,
gelombang yang paling cepat mencapai
biasanya berbentuk catatan atau data
geopon, oleh karena itu gelombang ini
(Dobrin, 1988). Metode Intercept Time
dipakai sebagai sumber utama dalam
adalah metode T-X yang diperoleh dari
eksplorasi geofisika.
grafik (waktu terhadap jarak).
gelombang
Metode salah
satu
&
peralatan
Geldart,
1982)
(Sherrif
unit
di
gelombang longitudinal (gelombang P)
Gelombang
satu
data
P
seismik
bagian
merupakan
dari
seismologi
eksplorasi dan dikelompokkan dalam metode
geofisika
pengukuran
dilakukan
menggunakan (impulsive)
aktif,
sumber
seperti
palu,
Penjalaran Gelombang Pada Kasus 2 Lapis
dimana
Waktu rambat gelombang bias
dengan
pada Gambar 1 diperoleh dengan
energi ledakan,
penggetar dan lain-lain. Setelah usikan
persamaan; T=
+
.... 1
147 T
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (144–153)
adalah
waktu
yang
ditempuh
gelombang seismik dari titik tembak (A)
Ti disebut intercept time, apabila α = sin-1 (V1/V2), maka persamaan (2) menjadi:
sampai ke Geopon (D), AB adalah jarak
Z1=
dari titik A ke titik B, CD merupakan jarak dari titik C ke titik D, BC adalah jarak dari titik B ke titik C, V1 adalah kecepatan gelombang pada lapisan 1
(3)
Penjalaran Gelombang Pada Kasus Tiga Lapis Datar Menurut
dan V2 adalah kecepatan gelombang
Telford
pada lapisan 2. Z1 adalah ketebalan
berdasarkan
pada lapisan pertama, α adalah sudut
persamaan berikut;
antara garis gelombang datang dengan garis normal serta dapat diartikan sudut antara garis gelombang bias dengan garis normal dan variabel x adalah jarak antara titik tembak (A) dengan geofon (D). A
T T
α
Z
2
diperoleh
+ c
T T
Gambar
al,1976
(4)
T= T
D
et
(5)
+ c + c
(
+ T .
+
(6) + T
+ T .
+
+ T
(7) (8)
Karena T=C maka persamaan menjadi,
V
1 B
V
C
2 Gambar 1. Sistem dua lapis sederhana dengan bidang batas antar lapisan (Telford et al, 1976).
Bila x=0 maka akan diperoleh T (x=0) dan nilai tersebut dapat dibaca pada kurva
waktu
terhadap
jarak
yang
disebut sebagai intercept time. Untuk memperoleh pertama
kedalaman
dapat
dihitung
lapisan dengan
persamaan; Z1=
α
(2)
T = τ + τ +
(9)
Untuk menghitung ketebalan di T2 (first break time) gelombang langsung, dapat dihitung
dengan
menggunakan
persamaan; Z
.
(
−
)
(10)
Ketebalan lapisan kedua dihitung dengan menggunakan T3 dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan; Z
(
− τ −
)
(12)
Triningsih, S., dkk., Identifikasi Struktur Batuan Bawah Permukaan.............148
dimana T = intercipt time 1 (m/s), T2=
yang
diletakan
di
tengah-tengah
intercipt time 2 (m/s), Z = ketebalan
lintasan, 2 kali pengukuran dengan
lapisan pertama (m)
pada kedua ujung lintasan dan 2 kali
lapisan
kedua
(m),
Z =
menempatkan sumber gelombang tepat
ketebalan
pengukuran
dengan
menempatkan
sumber gelombang di luar lintasan. Hal
METODE PENELITIAN menggunakan
ini bertujuan untuk mengoreksi data
seperangkat alat Seismograph PASI 24
yang sudah diambil pada lintasan yang
channel, palu 3 kg dan landasannya 27
digunakan, seperti yang terlihat pada
kg, meteran, kabel multicom, geofon,
gambar 3. Sebelum pengambilan data
komputer PC atau Laptop, dan GPS.
seismik,
Unit
terlebih
Penelitian
akuisisi
ini
seismograf
PASI-24
konektor
yang
dahulu
geofon untuk
dikalibrasi memastikan
kinerja dari geofon tersebut.
chanel. dilengkapi dengan dua set kabel
semua
dihubungkan
A
F
dengan 24 geofon dan palu (hammer) yang dihubungkan dengan satu set
i13
i13
z1 h1
kabel konektor. Dalam survei seismik B
refraksi ini pengambilan data dilakukan dengan susunan konfigurasi peralatan geofondan
sumber
E i23
i23
z2
gelombang C
dipasang dalam satu garis lurus (line seismic).
D
Gambar 2. Sistem penjalaran gelombang untuk kasus tiga lapis datar (Telford et al, 1976).
Pengambilan data di lapangan memerlukan 5 kali pengukuran, 1 kali pengukuran dengan sumber gelombang
Sumber gelombang
Penerima / Geofon
1 18 m
2
4
3
2m
Spasi antar geofon 3 m
2m 18 m
Sumber diluar lintasan Sumber di titik nol
Panjang lintasan 112m
Gambar 3 .Cara pengambilan data seismik refraksi.
5
149
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (144–153)
Data
alat
penerima untuk tembakan pertama.
digital
Langkah yang sama juga diperlakukan
melalui
terhadap tembakan 2, 3, 4 dan 5.
USB, namun pada penelitian data
Setelah proses penentuan first break
diolah secara manual, yaitu dengan
picking selesai, langkah selanjutnya
cara memotret beberapa data seismik
adalah menentukan nilai kecepatan V1,
hasil rekaman di lapangan pada layar
V2 dan V3 berdasarkan kemiringan
monitor di alat seismograph tersebut,
grafik serta kedalaman h suatu lapisan
kemudian mencetaknya. Setelah data
batuan secara manual menggunakan
berupa gambaran rekaman mengenai
rumus dengan metode intercept time.
seismograf yang
yang
terekam
berbentuk
kemudian
di
data
ditransfer
penjalaran gelombang diperoleh, maka HASIL
dilakukan proses first break picking.
Tabel
Cara penentuan first break secara
1
menunjukkan
hasil
dengan
ketebalan, kedalaman dan kecepatan
menggunakan millimeter blok yang
lapisan batuan. Setelah diperoleh nilai
disesuaikan dengan panjangnya hasil
ketebalan di lapisan pertama Z1 dan
foto, kemudian dibandingkan antara
ketebalan lapisan kedua Z2, serta
skala di foto dengan banyaknya garis
kedalaman h2 maka dengan memplot
pada militer blok, selanjutnya hasil
hasil perolehan tersebut terhadap jarak
dicatat
antar
manual
disini
sebagai
adalah
T
artinya
waktu
geofon
akan
terlihat
pertama kali gelombang seismik dari
penampang
sumber
ditunjukkan seperti pada Gambar 4.
pertama
kali
mencapai
kedalaman
hasil
Gambar 4. Hasil penampang bawah daerah Kampung Baru. 1 2
Alumni Mahasiswa Program Studi Fisika FMIPA UNLAM Staff Pengajar Program Studi Fisika FMIPA UNLAM
144
yang
Triningsih, S., dkk., Identifikasi Struktur Batuan Bawah Permukaan.............150
Tabel 1. Tabel hasil ketebalan, kedalaman dan kecepatan lapisan batuan Geofon Ke-
Jarak (m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
0 2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71
Ketebalan, Z1 (m)
Ketebalan, Z2 (m)
Kedalaman, h2 (m)
V1 = 295-413 m/s
V2 = 787.4-919 m/s
V3 = 1282-2020 m/s
3,42 3,35 3,37 3,40 3,00 3,14 2,94 2,85 2,80 2,81 2,95 3,21 3,89 3,66 4,76 4,46 4,28 4,25 4,29 4,38 4,59 4,41 4,61 4,66 5,57
10,00 11,39 11,37 11,08 11,34 11,31 11,40 11,38 11,52 11,47 11,66 11,58 10,50 10,50 11,01 11,02 10,99 11,00 10,91 11,08 10,99 10,99 11,04 10,88 10,44
13,42 14,74 14,74 14,48 14,00 14,45 14,34 14,23 14,32 14,28 14,61 14,79 14,39 14,16 15,77 15,48 15,27 15,00 15,20 15,46 15,58 15,40 15,65 15,54 16,01
PEMBAHASAN
lintasan pengukuran 71 meter, dimana
Berdasarkan
observasi
posisi titik tembak pertama terletak di
lapangan dan interpretasi data seismik,
bagian barat dan posisi titik tembak
dihasilkan penampang geologi bawah
terakhir di bagian timur. Beda tinggi
permukaan sebagaimana ditunjukkan
(elevasi) antara dua titik tersebut sekitar
oleh
1 meter yang menunjukkan bahwa
Gambar
4.
hasil
Gambar
tersebut
terpasang 24 geofon dengan spasi
topografi daerah
antar geofon 3 meter dengan panjang
datar.
pengukuran
relatif
151
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (144–153)
Perhitungan
data
dianalisis
batas antara lapisan kedua dan ketiga
berdasarkan metode intercept time dari
yaitu
shoot 1-5 dan diperoleh kecepatan
13,42-6,01
gelombang
V1
sebagai lapisan kedap air, dimana
sebesar 295-413 m/s dengan ketebalan
formasi batuan pada lapisan ini adalah
lapisan pertama (Z1) sebesar 2,8-5,57
lempung
m. Pada lapisan ini arah kemiringan
sedimen
lapisan batuan lebih mengarah ke arah
kemiringan lapisan cenderung ke arah
timur, hal ini ditunjukkan oleh range
timur.
di
lapisan
pertama
hingga
terakhir
yang
kedalaman
titik
seismik
dan
yang
diinterpretasikan
merupakan
klastik,
batuan
dengan
arah
soil yang terdiri dari tanah kerikil dengan
beda
sedikit campuran pasir di permukaan,
meter.
dimana pada lapisan ini didominasi oleh
2,77
Tabel
m
sekitar
tembak
menunjukkan
sekitar
Berdasarkan gelombang
jarak
kedalaman
Lapisan pertama merupakan top
kedalaman untuk jarak titik tembak pertama
dengan
1,
kecepatan
kerikil.
dari
beberapa
lapuk
Secara
hidrogeologi
memiliki
lapisan
porositas
material seperti yang diterapkan oleh
permeabilitas
(Reynolds, 1997), serta litologi daerah
dengan lapisan dibawahnya, sehingga
Cempaka
bila
maka
pada
lapisan
ini
tinggi
dan
terdapat
dibandingkan
fluida
mengenainya
yang terdiri dari tanah kerikil dengan
mudah diloloskan (Gimenez & Morell,
sedikit campuran pasir di permukaan.
1997). Di bawah top soil terdapat
Pada
diperoleh
lapisan dengan formasi batuan berupa
sebesar
pasir kerikilan yang didominasi oleh
787,4-919 m/s dengan ketebalan (Z2)
pasir. Pasir memiliki porositas dan
berkisar
permeabilitas yang cukup baik sehingga
kecepatan
kedua
gelombang
antara
V2
10-11,66
m
fluida
yang
dikategorikan sebagai lapisan lapuk
lapisan
maka
cair
dinterpretasikan sebagai pasir kerikilan.
berperan
Adapun arah kemiringan lapisannya
merembeskan
mengarah
(geofon
tanah, sehingga pada lapisan ini fluida
terakhir). Pada lapisan ketiga diperoleh
masih mampu mengalir ke lapisan
kecepatan gelombang (V3) sebesar
dibawahnya.
ke
arah
timur
1282-2020 m/s. Pada lapisan ini tidak
sebagai
tersebut
atau
Lapisan
untuk
mengalirkan
ketiga
terdiri
dari
lempung.
3 karena penjalaran gelombang hanya
memiliki
mampu
permeabilitasnya rendah, dimana ia
hingga
bidang
prinsipnya
air
diketahui besarnya kedalaman lapisan
menembus
Pada
akuifer
porositas
tinggi
lempung dan
sifat
mampu menyerap dan menyimpan air sebanyak
tidak
mengarah
ke
pemukiman
Triningsih, S., dkk., Identifikasi Struktur Batuan Bawah Permukaan.............152 pori-porinya akan setempat.
jumlah
tetapi sulit untuk meloloskan air, karena pada lapisan ini mengalami kompaksi
KESIMPULAN
atau pemadatan berupa beban dari
1. Struktur bawah permukaan yang
lapisan diatasnya, sehingga tekanan
terdapat
di
lebih
termasuk
dalam
yang
besar
menyebabkan
daerah
kerapatan (densitas) yang lebih tinggi
dengan
dibandingkan
dataran alluvial.
dengan
lapisan
sebelumnya. Hal ini sesuai dengan
formasi
2. Ketebalan
penelitian
struktur
primer
batuan
berupa
lapisan
pertama
Z1
keadaan di lokasi penelitian yaitu di
diperoleh sebesar 2,8-5,57 m, untuk
Desa Kampung Baru, dimana terdapat
ketebalan lapisan kedua Z2 diperoleh
lubang bekas galian batubara yang
sebesar
berbentuk seperti cekungan dengan
kedalaman dibidang batas antara
kedalaman lebih dari 10 meter dari
lapisan kedua dan ketiga h2 adalah
permukaan.
galian
(13,42-16,01) m. Kemiringan ketiga
batubara tersebut terisi oleh genangan
lapisan ini mengarah ke arah timur
air yang mengendap selama bertahun-
sedangkan
tahun.
terletak di arah selatan.
Lubang
Berdasarkan
bekas
m,
sedangkan
pemukiman
warga
batuan
3. Kecepatan gelombang di lapisan
bawah permukaan yang diperoleh dari
pertama V1 berkisar antara (295-413)
hasil penelitian di lapangan diperkirakan
m/s, jenis batuannya adalah kerikil.
air genangan yang terdapat di kubangan
Kecepatan gelombang lapisan kedua
bekas
akan
V2 berkisar antara (787,4-919) m/s,
sumur-sumur
dikategorikan sebagai pasir kerikilan.
warga, hal ini diperkuat dengan adanya
Kecepatan gelombang lapisan ketiga
arah kemiringan lapisan yang lebih
V3 sebesar (1282-2020) m/s. Jenis
mengarah ke arah timur, sedangkan
batuan pada lapisan ketiga terdiri
berdasarkan topografi lapangan letak
dari lempung.
galian
merembes
struktur
10-11,66
batubara
hingga
ke
tidak
pemukiman warga mengarah kearah selatan, sehingga kemungkinan besar
DAFTAR PUSTAKA
rembesan air di lubang bekas galian
Adyawati, K.N., R. Effendi, & Sabhan. 2012. Analisis Struktur Bawah Permukaan Dengan Menggunakan Metode Seismik Refraksi Di
batubara yang bersifat asam tersebut
Universitas Tadulako. Jurusan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Fisika, Fakultas MIPA. Universitas Alam, Universitas Jember. Jurnal Tadulako. Jurnal Science2013 (144–153) ILMU DASAR 10 (1):6 – 12 153 Jurnal Fisika FLUX, Vol.Natural 10 No. 2, Agustus (1)1:17-26. Refrizon, Suwarsono, & H. Yudiansyah. 2008. Penentuan Struktur Bawah Dobrin, M. B & C.H. Savit.1988 Introduction to Geophysical Permukaan Daerah Pantai Prospecting Fourth Edition. Panjang Kota Bengkulu Dengan Metode Seismik Refraksi. Jurusan McGRAW-Hill-International Editions. Singapore. Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Gimenez, E & I, Morell. (1997), Universitas Bengkulu, Indonesia. Hydrochemical Analysis Of Jurnal Gradien 4(2):337-341. Salinization Processes In The Coastal Aquifer Of Oropesa Reynolds, J. M. 1997.An introduction To Applied And Environmental (Castellon, Spain, Environmental Geologi. Geophysics. New York. John Wiley and Sons. Heryanto, R., Rustandi, & E., Supriatna, S. 1994. Peta Geologi Sherrif, R. & L.P. Geldart.1982. Sampanahan Kalimantan.Pusat Exploration Seismology. New penelitian dan pengembangan York; Cambridge University geologi, Bandung. Press. Priyantari, N., & A. Supriyanto. 2009. Penentuan Kedalaman Bedrock Menggunakan Metode Seismik Refraksi di Desa Kemuning Lor Kecamatan Arjasa Kabupaten Jember. Jurusan Fisika, Fakultas
Telford, M. W., L. P. Geldart., R. E. Sherrif, & D. A. Keys.1976. Applied Geophysic, Cambridge University Press, New York.
