Penentuan Kedalaman Penutup Lapisan Nikel Di Kecamatan Pomala, Sulawesi Tenggara Dengan Seismik Refraksi Eddy Hartantyo dan Suparwoto Laboratorium Geofisika, FMIPA, UGM. Sekip Utara, Bulaksumur, Yogyakarta, 55281 Email:
[email protected]
Abstrak Pengukuran dan analisis seismik bias untuk mengetahui ketebalan lapisan penutup tambang terbuka nikel telah dilakukan. Lokasi pengukuran berupa lintasan sepanjang 2500m berarah Utara-Selatan di daerah Pomala, Sulawesi Tenggara. Pengukuran menggunakan teknik Generalized Reciprocal Method (GRM) dengan menggunakan multi spread. Overlay antar spread ditentukan sebesar 2 titik. Pengolahan data dilakukan dengan memberikan geometri posisi pada tiap shot gather data, kemudian melakukan perhitungan inversi tomografi refraksi dengan Seisimager. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa di area ini diperoleh kedalaman lapisan penutup (lapisan kuarter/tanah dengan kecepatan 789m/s) mempunyai kedalaman antara 2-50m dengan lapisan tertipis berasa pada lembah sungai. Lapisan kedua berupa batuan keras lapuk dengan Vp = 1920m/s yang di permukaannya diperirakan merupakan berisi lapisan tipis nikel. Lapisan ketiga merupakan batuan keras dengan kecepatan Vp = 3091m/s yang posisi terdangkal dari permukaan juga berada pada lembah sungai pada nomor pek 300. Kata kunci: seismik bias, tebal overburden, Abstract Measurement and analysis of refraction seismic data to detect the overburden thickness of nickel open pit layers has been conducted. Location of line measurement with, 2500m length azimuthed from North to South, laid at Pomala area, SouthEast Sulawesi. Measurements are using standart multi spread Generalized Reciprocal Method with 2 points overlaid between two adjacent spreads. Processing conduct by geometrical correction on every single shot gather data, afterwards calculate refraction tomography inversion utilizing Seisimager. Result shows that this area covered by overburden (quarter/soil layer with Vp=789m/s) had 250m depth. Thinnest overburden occurred at river valley (peg number 300). Second layer with Vp = 1920m/s has a slice of nickel layer at the top. Third layer is hard rock with Vp = 3091m/s which also had shallowest part in river valley at peg number 300. Keywords: refraction seismic, overburden thickness
Pendahuluan Di alam nikel terdapat sebagai lapisan tipis yang biasanya tertimbun oleh lapisan penutup yang lapuk. Lapisan lapuk penutup tersebut jenisnya bergantung dari medium host sebagai sumber pelapukannya. Jika medium host merupakan batuan beku, maka hasil lapukannya berupa lapisan tanah lunak yang berukuran lempung, demikian pula jika lapisan host merupakan sedimen batupasir, maka lapukannya akan berupa tanah yang berukuran pasir. Pada umumnya, semenanjung Sulawesi Tenggara (gambar 1) bagian barat merupakan daerah prospek mineral nikel, hingga beberapa pulau yang muncul di sebelah barat daya Kolaka juga merupakan pulau nikel. Beberapa daerah di pulau ini sudah menjadi daerah pertambangan terbuka yang berskala
internasional. Keberadaan nikel di daerah pedalaman (daerah Pomala) akan tertutup oleh lapisan lunak berupa gambut dan sebagian adalah lempung. Lapisan gambut akan mendominasi terutama di daerah dataran rendah dengan muka air permukaan yang cukup tinggi. Pada tahap eksploitasinya, lapisan penutup tersebut haruslah dibuang sehingga lapisan yang mengandung nikel dapat diambil dengan tambang terbuka.
Gambar 1. Letak Sulawesi Tenggara (kotak merah) dalam bagian peta Indonesia.
Dalam tulisan ini, lapisan penutup akan ditentukan dengan memanfaatkan metode seismik bias. Metode ini digunakan dengan asumsi bahwa; (1) Medium bumi dianggap berlapis-lapis dan tiap lapisan menjalarkan gelombang seismik dengan kecepatan yang berbeda-beda, (2) Makin bertambah kedalamannya, batuan lapisan akan semakin kompak, (3) Panjang gelombang seismik < ketebalan lapisan bumi. Hal ini memungkinkan setiap lapisan yang memenuhi syarat tersebut akan dapat terdeteksi, (4) Perambatan gelombang seismik dapat dipandang sebagai sinar, sehingga mematuhi hukum-hukum dasar lintasan sinar di atas, (5) Pada bidang batas antar lapisan, gelombang seismik merambat dengan kecepatan pada lapisan di bawahnya dan (6) Kecepatan gelombang bertambah dengan bertambahnya kedalaman (Sismanto, 2002). Dari beberapa tulisan mengenai seismik bias, Dufour and Lawton (1994) membahas teknik analisis multiple seismik bias dari seismik refraksi untuk menentukan kedalaman lapisan pembias dengan model sintetis. Hasil ini menunjukkan bahwa seismik refraksi mampu menunjukkan kestabilan walaupun terdapat beberaopa undulasi bawah permukaan. Kimball et al (2004) menggunakan seismik bias untuk memetakan kedalaman gravel berumur Pleistosen yang menutup Laguna Tyson. Metode ini mampu memetakan gravel tersebut bahkan dapat memperkirakan letak patahan Hayward Selatan yang melintasi daerah pengukuran tersebut. Pengukuran seismik bias dengan target dalam (hingga mencapat batas kerakbumi) dilakukan oleh Pontoise (1980) dengan panjang lintasan mulai dari arc hingga back arc basin (plate India-Australia) yang menunjukkan ketidak mampuan metode tersebut untuk analisis dalam lingkungan geologi yang sangat kompleks. Seismik refraksi juga telah membuktikan mampu untuk mendeteksi target sangat dangkal pada ujicoba analisis inversi ganda antara metode seismik refraksi dengan analisis gelombang permukaan (Foti et al, 2006). Beberapa penulis lain yang meanfaatkan metode seismik refraksi adalah Hartantyo dan Sismanto (2007) yang digunakan untuk menentukan ketebalan tanah penutup (tanah yang dipadatkan) di bawah candi Prambanan dalam upaya membantu analisis teknik sipil untuk menentukan kekuatan / daya dukung tanah. Sismanto dan Hartantyo (2007) juga menggunakan metode seismik untuk menganalisis ketebalan dan daya dukung tanah pada candi Sewu, sebuah candi Budha yang berada sekitar 1km utara candi Prambanan. Secara prinsip, teori dasar yang digunakan adalah teknik tomografi seismik. Dimana pada tomografi ini (anonim OYO, 2001), area model dicacah dalam skema grid dengan koordinat kartesian (i,j). Masing-masing sel diindikasikan dengan posisi i,j dan memiliki slownes (S) dan lebar. Langkah pertama, disusun kotak-kotak yang ditandai dengan lij dan kelambatannya Sj (lihat gambar 2).
Gambar 2. Tomografi Waktu Jalar dan lintasan jejak sinarnya dari sumber ke penerima (Hartantyo dan Sismanto, 2007)
Waktu jalar dari sumber ke penerima (ti) dapat dihitung sebagai fungsi lintasan dalam kotak-kotak X sebagai (Grant and West, 1965);
dX s( X )dX X v( X ) X
ti
(1)
dengan ti waktu total, X banyaknya mesh yang dilewati dan s(X) adalah kelambatan medium. Persamaan (1) dapat dirubah dalam bentuk digital menjadi; N
t i s j lij
(2)
j 1
yang dapat disusun kembali dalam bentuk matriks sebagai;
l11 l12 t1 t s1 l 2 s 21 l 22 2 l31 l32 s N l M 1 l M 2 t M
T S L
l1N l 2 N l3 N l MN (3)
dengan M adalah banyaknya persamaan simultan dan banyaknya travel time yang diketahui, dan N adalah banyaknya kelambatan yang tidak diketahui. T mengindikasikan sebuat vektor lintasan, S adalah kelambatan model dan L adalah matriks ray-path. Pada paper ini, penyelesaian persamaan (3) menggunakan metode Kuadrat Terkecil. Persamaan (3) hanya terselesaikan jika M N. Pada paper ini lokasi pengukuran berarah Utara-Selatan, dengan jarak total 2400m dan spasi antar geophone adalah 5m. Lokasi pengukuran dapat dilihat pada gambar 3, menunjukkan daerah pengukuran berada pada daerah lembah dengan tanah penutup dominan adalah lapukan dedaunan dan lempung (semi gambut) sehingga lapisan ini sangat menyerap energi.
pomala
Kolaka
Gambar 3. Lokasi pengukuran lintasan di daerah Pomala, sekitar 40km sebelah Utara Kolaka, Sulawesi Tenggara.
Metode Penelitian Pengambilan data dilakukan mengikuti aturan yang dipergunakan dalam metode Generalized Reciprocal Method (Palmer, 1981), dimana susunan array dan geophone dapat dilihat pada gambar 4. Posisi sumber bergerak diantara beberapa receiver geophone yang disusun sepanjang 24 buah (sesuai dengan kapasitas channel maksimum alat). Overlap antar array ditentukan sesesar 2 geophone. Spasi geophone ditentukan sebesar 5m, namun dalam pengukuran lapangannya, posisi titik tidak memungkinkan tepat 5m, sehingga dalam pemrosesannya spasi dapat bervariasi sesuai hasi pengukuran lapangan sebenarnya. Untuk mendapatkan data dengan bentangan yang cukup jauh, diperlukan teknik overlapping dengan mengorbankan 2 (dua) geophone pada tepi setiap spread sehingga data yang diperoleh dapat diolah secara bersamaan. Spread 1
Spread 2
Overlay
Spread 3
Overlay
Shot 1 Shot 2 Shot 3
Shot 4
Shot 5
Gambar 4. Susunan array geophone (segitiga merah) dan beberapa shot dalam satu spread (bentangan).
Sumber yang digunakan adalah palu besar dari kayu dengan landasan kayu. Pemilihan sumber kayu ini dikarenakan sifat medium yang sangat elastis dan tingkat penyerapan energi yang tinggi. Data yang terukur dalam tiap-tiap shot gather disusun dalan satu rangkaian data pick refraksi setelah diberikan seluruh geometri psosisi shot-receiver ke seluruh data. Data diproses sesuai dengan proses yang dilakukan untuk analisis kedalaman lapisan keras di bawah PLN dengan gelombang bias (Hartantyo, 2009).
Hasil dan Pembahasan Data akhir hasil pick dan hasil proses inversi refraksi dapat dilihat pada gambar 5. Gambar 5 atas menunjukkan data waktu jalar pada seluruh spread sepanjang 2450m. Titik-titik dot hitam menunjukkan data lapangan yang diambil satu per-satu dari data shot gather setiap titik. Lingkaran-lingkaran merah menunjukkan hasil analisis untuk lapisan paling atas, lingkaran hijau menunjukkan data terbias lapisan kedua dan lingkaran biru menunjukkan data terbias lapisan ketiga hasil perhitungan maju hari model. Gambar 5 bagian bawah menunjukkan model pelapisan tanah. Pada gambar tersebut, diperoleh 3(tiga) lapisan yaitu; (1) lapisan paling atas, adalah soil/tanah/sedimen kuarter dengan Vp=789 m/s, (2) lapisan lapukan tanah keras (bedrock) dengan Vp = 1920m/s dan (3) lapisan bedrock yang masih segar dengan Vp = 3091 m/s. Lapisan (1) relatif memiliki undulasi yang tidak signifikan dengan ketebalan bervariasi dari 2–50 m. Lapisan yang menipis pada nomor pek 300 yang merupakan sungai. Pada daerah sungai ini, terlihat dengan jelas lapisan kerasnya yang muncul sebagai dasar sungai. Pada lapisan (2), data terlihat lebih berundulasi karena tingkat ketelitian data yang rendah untuk offset yang jauh. Hal ini disebabkan karena lapisan bagian atas sangat meredam energi, dan energi yang dipergunakan hanya menggunakan palu kayu. Kecuraman lapisan tersebut terlihat pada nomor pek 330400. Pada puncak lapisan ini, diindikasikan terdapat lapisan tipis nikel yang menjadi target eksplorasi. Kesimpulan Berdasarkan analisis yang dilakukan, kedalaman lapisan penutup (lapisan kuarter/tanah dengan kecepatan 789m/s) mempunyai kedalaman antara 2-50m dengan lapisan tertipis berasa pada lembang sungai. Lapisan kedua berupa batuan keras lapuk dengan Vp = 1920m/s yang di permukaannya diperirakan merupakan berisi lapisan tipis nikel. Lapisan ketiga merupakan batuan keras dengan kecepatan Vp = 3091m/s yang posisi terdangkal dari permukaan juga berada pada lembah sungai pada nomor pek 300. Ucapan Terimakasih Terimakasih kami ucapkan kepada Lab Geofisika atas fasilitas perekaman data seismik eksplorasi (Mc Seis 24ch) dan PT INCO sebagai pemilik lahan dan area pengembangan. Daftar Pustaka Anonim, 2001, Text-tomography-analysis, manual theory attached on Seisimager software (licensed), OYO Corp, Japan Dufour, J. and Lawton, D.C., 1994, Extension of delay time analysis for 3-D seismic refraction statics, CREWES Research Report, vol 6 (1994). Foti, S., Lancellotta, L., Sambuelli, L., Socco, L.V., and Strobbia, C., 2006, Experiments of Joint Acquisition of Seismic Refraction and SWM Data. GNGTS – Atti del 19 Convegno Nazionale, Italy. Grant, F.S. and West, G.F., 1965, Interpretation Theoryin Applied Geophysics, McGraw-Hill, NewYork. Hartantyo, E. and Sismanto, 2007, Subsurface soil identification of Candi Sewu complex by means Refraction Seismology, presented at Jogja International Physics Conference, 6-8 September 2007. Hartantyo, E., 2009, ‘Joint Analysis’ Of Shallow-Subsurface Seismic Properties Beneath Extra-HighVoltage PLN Towers, Proceeding ISSTEC International Seminar 2009, UII, Jogjakarta. Kimball, M.A., Heller, S.J., Craig, M.S., and Lienkaemper, J.J., 2004, Seismic Reraction at Tyson’s Lagoon Southern Hayward Fault, Open File Report to USGS, 2004. Palmer, D., 1981, An introduction to the generalized reciprocal method of seismic refraction interpretation, Geophysics, Vol. 46, pp. 1508-1518. Pontoise, B., Latham, G.V., Daniel, J., Dupont, J., and Ibrahim, A.B. 1980, Seismic Refraction studies in the New Hebrides and Tonga Area, UN ESCAP, CCOP/SOPAC Technical Bulletin No. 3, 47-58. Sismanto, 2002, Seismik Refraksi, Panduan Kuliah untuk mahasiswa Lab Geofisika, FMIPA, UGM, tidak dipublikasikan. Sismanto and Hartantyo, E., 2007, Resistivity and Refraction Seismic Mapping in Sewu Temple Area, Proceeding of Joint Convention IAGI, HAGI, IATMI, Bali, October 2007
Gambar 5. Hasil pick data refraksi untuk seluruh data akusisi (atas) dan model inversinya (bawah)
