PEMETAAN SUNGAI BAWAH PERMUKAAN DI WILAYAH KARS SEROPAN GUNUNGKIDUL DENGAN MENGGUNAKAN METODA GEOFISIKA VLF-EM-vGRAD WAHYU SUGENG MULIYOTO NRP 1105 100 009 JURUSAN FISIKA Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010
OUTLINE
Pendahuluan Teori Dasar Metodologi Analisa dan Pembahasan Kesimpulan
Pendahuluan
Perkembangan Metode VLF
Sinyal VLF berasal dari medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi sangat rendah (15-30 kHz), yang biasa digunakan untuk keperluan navigasi kapal selam.
Medan yang diukur oleh alat VLF adalah total perbandingan antara medan elektromagnetik primer dan sekunder.
Aplikasi utama metode VLF : eksplorasi mineral dan pemetaaan hidrogeologi
4
Contoh:
Pemetaan tubuh mineral marmer dan kalsit di Nigeria oleh Adebayo Aina dan W.O. Emofurieta (1990), pendeteksian drum yang terkubur didaerah pasir yang dilakukan oleh S. Tyagi dan A.E. LORD, Jr(1982), dan pemetaan pencemaran air pada daerah berpenduduk yang dilakukan oleh F.A. Monteiro Santos (2005) Interpretasi
data biasanya dilakukan secara kualitatif (Fraser dan Karous-Hjelt ) dan pada perkembangan selanjutnya secara kuantitatif (F.A. Monteiro Santos)
Bosch
dan Müller (2001) mengembangkan metode VLF dengan memvariasikan ketinggian pada satu titik pengukuran ( VLF-EM-vGRAD(Hy)), yang diaplikasikan untuk monitoring akuifer daerah kars dengan menggunakan sinyal kontinyu.
Sedangkan
metoda VLF-EM-vGrad tidak menggunakan sinyal kontinyu dan pengukuran secara serentak, namun secara simultan dalam selang waktu tertentu dikembangkan oleh Bahri (2008). 5
Latar Belakang
Sebaran aliran sungai bawah permukaan di daerah kars sangat sulit untuk dipetakan, baik secara langsung maupun dengan pengukuran geofisika diatas permukaan.
Sebaran aliran sungai bawah permukaan di daerah kars Seropan Gunungkidul belum terpetakan dengan baik.
Teknik VLF-EM biasa (konvensional) kurang dapat memperlihatkan posisi anomali akibat benda konduktif bawah permukaan dengan jelas karena pengolahan dan interpretasi data VLF-EM biasanya dilakukan hanya secara kualitatif .
Batasan Permasalahan
Pengambilan data dilakukan di daerah kars Seropan Gunungkidul. Metode yang digunakan adalah VLF-EM-vGrad dan data yang didapatkan adalah (inphase, quadrature, tilt-angle, dan total-field). Pemrosesan data menggunakan bahasa komputasi MATLAB 7.0.3 dan Inv2DVLF. Interpretasi dilakukan secara komprehensif dari hasil pemrosesan (filter Fraser dan Karous-Hjelt dalam dua posisi dan data dari inversi VLF-EM-vGrad) serta dikontrol dengan data GPS
Tujuan
Mendapatkan respon VLF-EM akibat sungai bawah permukaan dari pemodelan.
Melakukan hasil interpretasi pada VLF-EM-vGrad dari data (inphase, quadrature, tilt-angle, dan total-field) untuk pemetaan aliran sungai bawah permukaan di daerah kars Seropan yang diinterpretasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif.
Perumusan Masalah Bagaimana memetakan sungai bawah permukaan daerah kars Seropan Gunungkidul baik secara kualitatif maupun kuantitatif dengan menggunakan metoda VLFEM-vGrad
Tinjauan Pustaka
Struktur Kars Di kawasan kars banyak dijumpai sungai bawah permukaan dan goa, Aliran air dari permukaan masuk ke rongga lalu berkumpul diatas lapisan water table, selanjutnya air mengalir membentuk sistem sungai bawah permukaan
Hukum Maxwel ∇ × H = J + ∂D / ∂t ∇ × E = −∂B / ∂t ∇•B = 0 ∇•D = q
E = intensitas medan listrik (Volt/meter), B = densitas flux magnetik (Weber/meter2), H = intensitas medan magnet (Ampere/meter), J = rapat arus konduksi (Ampere/meter2), D = densitas flux listrik (Coulomb/meter2), t = waktu (detik) q =muatan listrik (Coulomb).
Fase dan Polarisasi
Hubungan amplitudo dan fase gelombang P dan gelombang S
Polarisasi elips Pada bidang elektromagnetik
inphase = R cos α
total _ field = R
quadrature = R sin α
α = ±1/ 2 tan −1
2( H z / H x ) cos ∆φ 2 1 − (H z / H x )
Prinsip Dasar Vlf
Distribusi Medan Elektromagnetik VLF (Primer dan Sekunder) (Bosch dan Muler, 2001)
Prinsip Dasar Vlf
Distribusi Medan Elektromagnetik VLF (Primer dan Sekunder) (digambar ulang dari Bosch dan Muler, 2001) 15
Perbedaan VLF-EM dan VLF-EM-vGRAD VLF-EM HR = HP + HS H R = H P e iωt + H S e i (ωt −ϕ )
0 0 0 H Ry = H Py + H Sy H Rz 0 H Sz
VLF-EM-vGRAD
H Py ≠ f ( z )
∆H Ry = ( H Py + H Sy ( z2 )) − ( H Py + H Sy ( z1 )) ∆H Ry = H Sy ( z2 ) − H Sy ( z1 )
16
Koreksi Moving Average
NW
17 SW
Filter Fraser Fn = ( M n + 2 + M n +3 ) − ( M n + M n +1 )
Data observasi
Data terfilter Fraser
Keadaan sebenarnya 18
Dasar Pemodelan Untuk menggambarkan gelombang bidang dan medan elektromagnetik harmonik, dapat diungkapkan dengan menggunakan persamaan Maxwell :
∂2 Ey ∂ x 2
2
+
∂2 Ey ∂ z
2 2
= iωµσ E y
∂ 1 ∂H y ∂ 1 ∂H y iωµσ E y + = ∂x σ ∂x ∂z σ ∂z
Penentuan komponen medan, untuk polarisasi medan listrik (polarisasi-E) , dan untuk polarisasi medan magnetik (polarisasi-H) dapat ditentukkan dengan Hx =
1 ∂E y iωµ ∂z
1 ∂H y Ex = − σ ∂z
Hz = −
1 ∂E y iωµ ∂x
1 ∂H y Ex = σ ∂x 19
Nilai resistivitas semu dan fase untuk polarisasi-E dan polarisasi-H dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
1 Ey ρa = ωµ H x
2
imag ( E y / H x ) φ = tan real ( E y / H x ) −1
Bagian real dan imaginer dari fungsi transfer magnetik pada VLF dapat dihitung dengan rumus:
Hz = Re real Hx
Hz = Im imag ⋅100% ⋅100% Hx
Inverse Modelling : proses untuk mencari model resistivitas bumi dari perilaku medan VLF yang diobservasi.
20
Pemodelan (Bahri, 2008)
Pemodelan yang dilakukan adalah inverse modelling
Tujuan: mendapatkan Respon VLF-EM-vGrad terukur, sekaligus membantu interpretasi suatu anomali yang disebabkan oleh sungai bawah permukaan.
Program yang digunakan : inversiInv2DVLF yang dibuat oleh Fernando A. Monteiro Santos dari Universitas Lisboa(Portugal) dirilis pertama kali November 2007.
21
Alur Penggunaan Program “Inv2DVLF”
22
Ketinggian pengukuran (m) 23 Posisi benda dalam jarak x (m)
Ketinggian pengukuran (m) Posisi benda dalam jarak x (m)
∴
Respon VLF-EM-vGRAD akibat sungai bawah permukaan:
Inphase, Total-field, Tilt-angle + Quadrature24
Model Aliran Sungai Bawah Permukaan Peta aliran sungai bawah permukaan
Profil kedalaman sungai bawah permukaan yang dilewati Lintasan VLF
Respon VLF terukur hasil dari forward modelling 25
Model Resistivitas
Respon Observasi
Respon Kalkulasi
Hasil inversi dengan menggunakan Inv2DVLF dari respon VLF akibat model aliran sungai bawah permukaan
26
Metodologi
Kajian Literatur Pengambilan Data Pengolahan Data
Interpretasi Hasil dan Pembahasan Kesimpulan
Parameter Akuisisi Data No
Parameter
Keterangan
1 2 3
Total area pengukuran Total lintasan Panjang lintasan Lintasan 1,2,3,4 dan 5
5 area 13 lintasan
Lintasan 6
1035 meter
600 meter
Lintasan 7,8,9,10,11 dan 405 meter 12 960 meter Lintasan 13 4 5
Spasi 15 meter Total pengukuran tiap titik 2 (posisi berdiri dan duduk)
6
Data yang didapat
In phase, quadrature, total field, tilt angle
Akuisisi data 1. Menentukan posisi dengan GPS 2. Penentuan stasiun pemancar VLF NWC (North West Cape)Australia. 3. Penentuan garis survei dan jarak antara setiap titik pengukuran. 4. Pengukuran dilakukan dalam dua posisi (duduk dan berdiri sekitar 1 m perbedaan ketinggian)
Diagram Alir Pengolahan data
Analisa dan Pembahasan
Tampilan dari VLF EM vGrad
Kesimpulan
1.
Nilai Fraser VLF-EM-vGrad akan bernilai positif untuk jenis data: inphase, total-field, dan tilt-angle, dan akan bernilai negatif untuk data quadrature.
2.
Sungai bawah tanah Seropan menyebar dari utara ke selatan dan terdiri dari beberapa sungai bawah tanah dengan kedalaman berkisar 40-200 meter.
3.
Metode VLF-EM-vGrad dapat memetakan lokasi sungai bawah permukaan secara horizontal.
4.
Hasil inversi 2D Resistivity in-phase dan kuadratur dapat digunakan untuk menentukan posisi sungai bawah tanah (lateral dan kedalaman) serta bentuknya.
Saran Untuk penelitian selanjutnya disarankan dilakukan analisis dengan metoda geofisika lainnya (misal metoda magnetik) atau melakukan penelusuran gua secara langsung agar penggambaran kondisi bawah permukaan semakin akurat
