Perambatan gelombang dalam Batuan. Kecepatan elastik batuan dari hasil pengamatan eksperimen

LOGO

BAB 7

Contents Perambatan gelombang dalam Batuan

Kecepatan elastik batuan dari hasil pengamatan eksperimen Tinjauan Umum Kecepatan gelombang elastik pada magmatik dan batuan metamorf

Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak Perbandingan kecepatan Vp/Vs dan anisotropi elastik

LOGO

Elastic Properties Of Rock

Apa itu Elastic Properties Of Rock / Sifat elastik batuan?

Medium atau bahan yang mempunyai sifat elastis jika bahan tersebut meregang bila dikenai stress dan kembali ke keadaan semula bila stress di hilangkan

Jumat ,

LOGO

April 2012

6.3. Kecepatan elastik batuan dari hasil pengamatan eksperimen

Tinjauan Umum Sifat elastik dan kecepatan batuan

Sifat mineral dan unsur-unsurnya Fraksi volume

Dikontrol

Temperatur

Sifat ikatan

Tekanan

www.themegallery.com

LOGO

• Bentuk kristal (crystall form) : Setiap mineral akan mempunyai sifat bentuk kristalnya yang khas, yang merupakan perwujudan kenampakan luar, yang terjadi sebagai akibat dari susunan kristalnya didalam..

• Berat Jenis (Specific Gravity) : Besarnya ditentukan oleh unsur-unsur pembentuknya serta kepadatan dari ikatan unsur-unsur tersebut dalam susunan kristalnya..

Sifat mineral dan unsur-unsurnya

•Bidang Belahan (Fracture) : Mineral mempunyai kecenderungan untuk pecah melalui suatu bidang yang mempunyai arah tertentu. • Warna Mineral : warna-warna yang khas yang dapat digunakan untuk mengenali adanya unsur tertentu didalamnya. • Streak : Beberapa jenis mineral mempunyai goresan pada bidangnya. • Kilap : kenampakan atau kualitas pantulan cahaya dari permukaan suatu mineral.


LOGO

• Porositas : perbandingan antara volume total poripori batuan dengan volume total batuan per satuan volume tertentu. • Permeabilitas : ukuran media berpori untuk meloloskan / melewatkan fluida.

Fraksi volume

• Saturasi : perbandingan antara volume pori-pori batuan yang terisi fluida formasi tertentu terhadap total volume pori-pori batuan yang terisi fluida atau jumlah kejenuhan fluida dalam batuan reservoir per satuan volume pori. • Resistiviti : kemampuan dari suatu material untuk menghantarkan arus listrik. • Wettabiliti : kemampuan batuan untuk dibasahi oleh fasa fluida atau kecenderungan dari suatu fluida untuk menyebar atau melekat ke permukaan batuan.


LOGO

Sifat ikatan

A. Ikatan Logam : elemen logam merupakan elemen yang atom-atomnya mudah melepaskan elektron valensi nya.

“Mineral pembentuk batuan”, atau “Rock-forming minerals”, yang merupakan penyusun utama batuan dari kerak dan mantel Bumi. Mineral pembentuk batuan dikelompokan menjadi empat: (1) Silikat, (2) Oksida, (3) Sulfida dan (4) Karbonat dan Sulfat.

Kandungan-kandungan kimia yang terdapat dalam mineral, membentuk suatu ikatan tertentu. Ikatan-ikatan tersebut adalah : B. Ikatan Kovalen : merupakan konfigurasi elektron yang paling stabil karena elektron valensi nya terisi penuh.

D. Ikatan Van Der Waals : mempunyai gaya tarik menarik yang lemah antar atomnya

C. Ikatan Ion : memiliki konfigurasi elektron yang terdekat dengan konfigurasi elektron gas mulia


LOGO

Temperatur

Tekanan

Pada waktu terjadi pembekuan, turunnya suhu berjalan sangat lambat, maka terjadilah pengkristalan yang sempurna dimana ukuran kristalnya besar-besar dan kasar. Pengkristalan yang kurang sempurna disebut berstruktur porfiris, terdiri dari feldspar, biotit, kwarsa, dan Kristal-kristal kecil yang halus disebut masa dasar (ground massa), sedangkan kristar besar yang terdapat diantara masa dasar disebut fenokris (Kristal sulung).

Tekanan pada batuan didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara fluida yang membasahi batuan dengan fluida yang bersifat tidak membasahi batuan jika didalam batuan tersebut terdapat dua atau lebih fasa fluida yang tidak bercampur dalam kondisi statis


LOGO

www.themegallery.com Kecepatan gelombang elastik pada magmatik dan batuan metamorfik

LOGO


LOGO

LOGO

www.themegallery.com Ketergantungan kecepatan gelombang elastik terhadap densitas dan komposisi mineral

Pada batuan beku, kecepatan gelombang elastik dikontrol oleh komposisi mineral. Kenyataan ini diilustrasikan oleh korelasi kecepatan gelombang longitudinal dan kandungan SiO2 pada batuan beku dengan Quartz dikarakteristikkan sebagai kecepatan yang rendah.

LOGO

Korelasi antara kecepatan dan densitas dijelaskan dengan variasi dari komposisi mineral dari batuan yang berdampak pada kecepatan dan densitas dalam arah yang sama.

Gambar 6.6 menunjukkan grafik batuan magmatik dan metamorfik dari lokasi yang berbeda di Rusia, yang dipublikasikan oleh Dortman (1976).

LOGO

Gambar 6.7 merupakan hasil studi untuk nilai kecepatan dan densitas dengan sampel dari lubang bor percontohan KTB; dengan distribusi normal kecepatan gelombang longitudinal dan transversal terhadap densitas dari setiap jenis batuan.

LOGO

vp = a + b d

Rumusan Birch diaplikasikan oleh Volarovich dan Bajuk (1977). Pengukuran batuan magmatik dengan variasi di daerah bekas USSR (Kasakhstan), diperoleh rumusan : vp = 2,67 d – 1,08

vp = 2,76 d – 0,98

sampelnya berasal dari benua Amerika Utara dan India. Dengan harga d densitas kelipatan 103 kg m-3 dan kecepatan vp dalam km/s.

LOGO

Pengamatan secara detail perbedaan tekanan diberikan pada tabel 6.10. Untuk sampel batuan di Kasakhstan, Tipe A menunjukkan kecepatan vp(p) dengan tekanan p dan densitas d0 pada tekanan atmosfer; tipe B menunjukkan kecepatan vp(p) dengan densitas d(p) pada tekanan yang sama. Sedangkan pada tekanan tinggi, terdapat korelasi kuat antara tipe B dan A.


Marle (1978) dan Kopf (1977, 1980) juga telah menggunakan rumusan LOGO Birch untuk menganalisa data sampel magmatik dari negara Jerman bagian Timur. Marle dan Kopf menetapkan rumusan untuk keadaan dibawah tekanan atmosfer;

Contoh : batuan plutonik ; granit, diorit, gabro diberikan oleh persamaan, vp = 3,10 d – 2,98 Dan batuan vulkanik ; porfiri, keratofirit, diabas dan basalt diberikan oleh peramaan, vp = 2,30 d – 0,91 Hekel (1990) menggunakan rumusan yang linear untuk mengkonversi kecepatan gelombang longitudinal ke densitas. Konversi tersebut dihasilkan untuk mantel pada harga densitas antara (2,5 sampai 3,5) x 103 kg m-3 v p + 1,0 ± 0,4 d= 2,61 vp = 2,61 d – 1,0 ± 0,4


LOGO Secara sistematis (Gebrande 1982) telah mempublikasikan hasil analisa dari rumusan empirik untuk kecepatan gelombang longitudinal dan transvesal serta korelasi densitasnya yang dipaparkan pada tabel 6.11

Birch (1961) telah menunjukkan bahwa silikat dan oksid bergantung pada parameter untuk harga rata-rata massa atom mA. Korelasi persamaan untuk batuan tersebut diberikan oleh; vp = 2,76 d – 0,98 + 0,7 (21 – mA)

LOGO

Gebrande (1982) www.themegallery.com menjelaskan perbandingan analisis korelasi dengan dan tanpa pengaruh massa atom rata-rata. Analisis eksperimen itu dibuat dalam satu dimensi (v vs d) dan dua dimensi (d vs d,mA) yang dilampirkan pada tabel 6.12 untuk batuan plutonik dan metamorfik dengan tekanan yang berbeda. Kecepatan lebih banyak bergantung pada densitas daripada massa atom rata-rata. Kecepatan gelombang geser hampir tidak bergantung pada mA dengan harga yang bervariasi (Gebrande, 1982).


LOGO

Simmons (1964) memodifikasi Hukum Birch, untuk menentukan kandungan CaO :

Vp = 2,76 d – 0,98 + 0,7 (21-mA) + 4,60 CCaO Dimana CCaO merupakan fraksi berat CaO dalam batuan. Maghnani , dkk (1974) mengembangkan persamaan yang sama untuk kompresi dan gelombang geser dalam eclogites dan granulites :

Vp = 2,58 d – 0,53 + 0,7 (21-mA) + 4,60 CCaO Vs = 1,56 d – 0,63 + 0,21 (mA-21) + 0,46 CCaO Hubungan tersebut menunjukkan lemahnya pengaruh dari massa atom terhadap kecepatan gelombang S.


LOGO Olevskij (1990) memberikan hubungan antara kecepatan, densitas dan total kandungan oksida pada MgO, CaO, Na2O, K2O. Simmons (1964), mengeneralisasikan pengaruh dari berbagai parameter yang diberikan oleh persamaan : n

V = a.d + b + c.mA + ∑ ei .Ci i =1

Untuk batuan yang terdiri dari n komponen. Dimana d merupakan densitas; Ci merupakan fraksi berat pada komponen i ; a,b,c,e merupakan nilai empiris.


LOGO Dalam beberapa kasus, hubungan non-linier antara kecepatan dan densitas memberikan korelasi yang baik dengan hasil eksperimen. Christensen dan Salisbury (1975) menemukan hubungan sesuai penelitian basalt dalam “Proyek pengeboran laut dalam” : Vp = 2,33 + 0,08. d3,63 Vs = 1,33 + 0,011. d4,85 dimana tekanan untuk pengukuran adalah 0,5 bar (=50 MPa) Dortman (1976) mengembangkan hubungan empiris untuk data dalam gambar 6.5 : Vp = 5,45. exp [0,5(d-2,6)] ± KT Parameter KT mengekspresikan kisaran penyimpangan kecepatan yang dikendalikan secara umum oleh efek tekstur dan oleh sebab itu disebut koefisien tekstur. Nilainya antara 0,4 … 0,5 km/s.


LOGO Ketergantungan kecepatan gelombang elastis pada porositas dan rekahan

Simmons, Todd & Baldridge (1975) menuliskan “Sifat fisika batuan efektif pada tekanan rendah dengan porositas yang retakannya sangat kecil”. Jika batuan magmatik dan metamorf terdiri dari pori-pori, patahan atau retakan, mereka memiliki kecepatan yang lebih kecil daripada batuan yang sama pada keadaan yang tak terganggu.

Beberapa alasan fisika yang mempengaruhi sifat fisika batuan antaralain : Perubahan dalam ikatan antara unsur-unsur batuan atau butirbutir mineral Pengaruh pori atau patahan pengisi material dengan konstanta elastiknya (kecapatannya) rendah, vmineral > vwater > vgas


LOGO

Gambar berikut menunjukkan berkurangnya kecepatan gelombang P dengan meningkatnya porositas batuan (gabbro) dari Kuriles/Rusia pada dua tekanan yang berbeda. Regresi linier :

vp = 7.121− 0.227⋅ Φc

untuk p = 10 Mpa

vp = 8.227− 0.253⋅ Φc

untuk p = 1000Mpa


LOGO

Disamping porositas dan patahan, sifat isi pori juga mempengaruhi kecepatan gelombang elstik pada batuan. Berdasarkan pemeriksaan quartz monzonite, King (1984) menyimpulkan bahwa sedikit kenaikan pada isi uap lembab batuan kering yang berisi pecahan porositas cukup besar akan menghasilkan kenaikan vp dan vs yang besar pula.

Gambar 6.10 Ketergantungan kecepatan gelombang longitudinal dalam porositas retakan dan ukuran grain batuan granitic pada tekanan 0,001 kbar = 0,1 Mpa ; Lebedev dkk, (1974) 1- Granite, butiran halus (0,1 … 0,6 mm) 2- Granite, butiran medium (0,5 …. 1,8 mm) 3- Granite, butiran kasar (1,7 ….4,8 mm)


LOGO Ketergantungan Kecepatan Gelombang Elastik pada Tekanan dan Temperatur

Variasi sifat fisika batuan dan mineral dipengaruhi tekanan dan temperatur merupakan dasar penting untuk interpretasi kesesuaian data geofisika untuk range kedalaman berbeda. Hubungan umum untuk variasi kecepatan dengan kedalaman z (Lebedev, 1975) :

dv  δv  dp  δv  dT =   ⋅ +   ⋅ dz  δp T dz  δT  p dz Perubahan kecepatan terhadap kedalaman (isotherm)

Tekanan vertikal dan gradien temperatur Perubahan kecepatan terhadap temperatur (isobar)


LOGO

Ketergantungan kecepatan pada tekanan menunjukkan dua ciri dominan: Hubungannya non-linier, pada range tekanan yang lebih tinggi akan memberikan kenaikan kecepatan lebih kecil daripada range tekanan lebih rendah. Perubahan kecepatan selama daur loading-unloading secara parsial tidak dapat diubah (disebut “velocity hyteresis”. Fakta ini merupakan satu ungkapan untuk prilaku elastisitas non-ideal batuan alami.


LOGO Pengaruh umum tekanan dan gejala anisotropi

Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal dan tranversal sebagai fungsi dari tekanan hidrostatik

1. Peridotite (Kola Peninsula) 2. Olvinite (Siberia)

Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal sebagai fungsi dari tekanan hidrostatik ( pengukuran sampel inti gneiss)

Vp Vp maks maks == Nilai Nilai kecepatan kecepatan maksimal maksimal arah arah radial radial pada pada inti inti Vpmin = Nilai kecepatan minimal arah radial pada inti Vpmin = Nilai kecepatan minimal arah radial pada inti Vp Vp vertical vertical =Nilai =Nilai kecepatan kecepatan arah arah axial axial pada pada inti inti


LOGO

Korelasi yang kuat pada perubahan kecepatan dan struktur tekstur sifat-sifat mikro pada satu sisi dengan komposisi mineralogi pada sisi lain dijelaskan oleh Lebedev, Sapoval dan Korchin (1974): Kenaikan kecepatan dipengaruhi oleh tekanan pada range tekanan yang lebih rendah seharusnya besar pada ukuran pori bentuk mikro. Ukuran pori ini meningkatkan hubungan antara batuan pembentuk mineral. Pada tekanan lebih tinggi kepadatan mendekati sempurna. Kenaikan kecepatan seharusnya mengubah sifat elastik penyusun mineral (pengaruh komposisi mineralogi pada prilaku di bawah tekanan.


LOGO

Gambar 6.15 Kecepatan gelombang longitudinal fungsi tekanan unaxial, granite (California) King and Paulsson (1981): a-sample lengkap, b-sample microcrack.


LOGO Tabel 6.13. Kecepatan gelombang longitudinal (km/s) dan porositas (%) fungsi tekanan (MPa) untuk perbedaan ukuran butir granite,(Labedev dkk, 1974).

Untuk pembahasan lebih lanjut korelasi ini, kita dapat memplot (gambar 6.16 dengan perubahan relatif dari kecepatan diberikan oleh :

∆v/vo = (vp-vo)/vo

Perubahan relatif porositas : ∆Φ/ Φo = (Φo- Φp)/ Φo


LOGO

Gbr 6.16 Kecepatan relatif vs kecepatan porositas (data tabel 6.13) 1. Granite, butiran halus, 2- Granite, butiran medium 3- Granite, butiran kasar


LOGO

Kasus utama perubahan kecepatan suatu batuan : Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik batuanpembentukan mineral dan perubahan fase mineral. Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik unsur pokok pori batuan dan perubahannya dari keadaan cair ke gas. Perubahan kondisi kontak pada butir batuan, batas keretakan dsb, dihasilkan dari variasi efek pertemuan butiran dan batas keretakan tersebut atau dihasilkan dari sifat ekspansi suhu yang berbeda dari batuan-pembentuk mineral.


LOGO

6.3.3 Kecepatan Gelombang Elastik Pada Batuan Sedimen

Untuk mempelajari sifat fisik batuan sedimen, ada beberapa hal yang penting yang perlu diketahui: Variasi tipe batuan (kepadatan, kandungan garam monomineral, rekahan , konsolidasi pori-pori batuan dan non konsolidasi sedimen. ) Mempelajari sifat seismik dengan ketergantungan kompleks fitur batuan.

Tabel 6.14 Memberikan indikasi mempengaruhi kecepatan, yakni : • Komposisi mineral matriks batuan • Konsolidasi matriks batuan • Porositas, bentuk pori dan isi pori • Tekanan dan temperatur

parameter

dominan

yang


LOGO

Tbel 6.14 Kecepatan Rata-rata gelombang P dan S


LOGO Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak Komposisi mineral batuan sedimen sangat berpengaruh terhadap kecepatan, hal ini terlihat pada efek yang dirditimbulkan (tergantung pada pecahan dan komposisinya) : •Efektif untuk modulus elastis batuan •Butiran sampai pembentukan butiran, sementasi dan kondisi kontak secara umum.

Wyllie, Gregory dan Gadner pada Tahun 1956 menurunkan “Time average equation” berdasarkan sifat kandungan dan porositas sebagai berikut :

1 1− Φ Φ = + vp vm v fl

vp = Kecepatan gel P pada saturasi air batuan berpori vm = Kecepatan gel P matriks batuan (kecepatan matriks) vfl = Kecepatan fluida pori


LOGO

Berdasarkan Persamaan 6.4.3 secara Aritmatika dan Geometri, didapatkan beberapa nilai kecepatan yang berbeda untuk Anhydrite (Kopf.1977). Anhydrite dengan 50% limestone Anhydrite dengan 50% dolomite Anhydrite dengan 50% gypsum Anhydrite dengan 50% halite

vp=5600m/s vp=5900m/s vp=5400m/s vp=4900m/s


LOGO

Gambar 6.21 memperlihatkan kecepatan yang dipengaruhi oleh porositas untuk gelombang longitudinal dan tranversal untuk saturasi air pada sandstone. Pada tekanan 14 MPa. Efek lain terdapat gelombang mengalami kecepatan.

dari

porositas perambatan stress yang pengurangan


LOGO

Adapun persamaan yang lain diturunkan secara empiris oleh Raymer (1980) pada pembentukan batuan

v p = (1 − Φ ) 2 vm + Φv fl Nafe dan Dake (1963) dan Gadner (1974) mendapatkan hubungan kecepatan gelombang longitudinal (m/s) dan densitas (g/cm3=103kg/m3) untuk saturasi batuan sedimen


LOGO Clay mempengaruhi perubahan elastisitas untuk 4 aspek yaitu : 1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yang terbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadap meningkatnya kandungan clay. 2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yang mengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa dengan bertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkan kandungan caly. 3.Sifat fisik clay sangat mempengaruhi kandungan air. Dengan demikian pori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic pada saat terjadinya saturasi. 4.Clay dapat mempengaruhi distribusi dan konfigurasi colloid clay yang terdapat pada frame batuan (Murphy, dkk 1993)


LOGO

Pengaruh dari aspek yang pertama dan kedua dapat dilihat pada gambar 6.22


LOGO

Waktu rata-rata dapat dinyatakan sebagai berikut:

Dengan kecepatan yang dinyatakan secara linear sebagai berikut :

Dimana : v ∆t A0,A1,B0,B1

Kecepatan waktu transit Nilai secara empiris


LOGO

Dimana kecepatan dinyatakan dalam km/s (dalam s/km untuk kasus ini) dan porositas dalam desimal Selanjutnya berdasarkan nilai yang diperoleh ini diplotkan dalam gambar berikut ini


LOGO

Gambar 6.32 memperlihatkan kecepatan vs porositas untuk gelombang longitudinal dan gelombang tranversal.


LOGO

Selanjutnya berdasarkan analisis didapatkan deviasi antara hasil pengukuran dan nilai prediksi sangat dipengaruhi oleh kandungan clay. Sehingga didapatkan persamaan berikut ini yaitu 2 buah persamaan linear untuk clay ( C kandungan clay)


LOGO

Berdasarkan analisa yang dilakukan dihasilkan dua kecepatan dan waktu penjalaran gelombang p dan s. Untuk pemberian tekanan yang dibatasi pada 40 MPa,dan tekanan Lubang 1 Mpa didapatkan fungsi kecepatan terhadap porositas dan kandungan clay sebagai berikut:


LOGO

Marion dan Jizba (1992) melakukan investigasi di laut utara pada batuan shaly sand dengan menggunakan persamaan 6.53 untuk resovoir pada tekanan 35MPa didapatkan sebagai berikut :

Catatan porositas mempengaruhi kecepatan gelombang P dan kecepatan gelombang S, Gelombang S tidak terpengaruh oleh adanya saturasi dan clay memberikan efek terhadap kecepatan gelombang S (Marion dan Jizba 1992).

LOGO

Tiga pendapat tambahan yang mungkin bisa menjadi pertimbangan yaitu : 1. Koefisien yang terdapat pada persamaan linear kecepatanporositas yang tergantung terhadap tekanan. Persamaan non linear untuk pengaruh tekanan yang telah diturunkan oleh Eberhat-Philips dkk (1989). 2. Analisis terhadap kecepatan (vp,vs) sehingga didapatkan nilai perbandingan vp/vs dan hal ini memberikan pengaruh terhadap kandungan clay, porositas, serta tekanan yang selanjutnya menjadi pertimbangan. 3. Paramater yang didaptkan dari kompresi dan kecepatan gelombang geser atau nilai dari waktu perjalarannya yang selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan porositas, secara khusus terdapat pada ekplorsi seismic. 47


LOGO

(Mehta dan Verma 1991), hubungan secara linear antara waktu penjalaran gelombang s dan p dengan porositas adalah :

Dimana : =

waktu perjalaran untuk gelombang P dan S = waktu penjalaran matrix pada gelombang p dan s = parametr empiris, yang berpengaruh terhadap lithologi

Persamaan ini diterapkan untuk batuan limestone dan sandstones.


LOGO

Sedimen non-konsolidasi dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu : Non-kohesif (pasir, batu kerikil) Kohesif (lempung, loam/tanah liat) Perbedaan dua kelompok diatas berdasarkan pada kondisi fisik partikel batuan. Kelompok pertama, kondisi dikendalikan oleh efek friksi dan kelompok kedua didominasi oleh fenomena fisika-kimia batuan


LOGO

Pada batuan sedimen kecepatan bergantung pada : oPorositas oTekanan o Saturasi air

Tipe sedimen dicirikan dengan operbedaan nilai kecepatan o parameter bergantung kecepatan.

Dalam hal ini bergantung pada okomposisi mineral odistribusi ukuran butiran obentuk butir


LOGO

Gambar 6.30 a.menunjukkan korelasi kurva rata-rata kebergantungan dari kecepatan terhadap porositas batuan sedimen tak kompak b. korelasi antara kecepatan gelombang longitudinal dan porositas sedimen yang tersaturasi air laut


LOGO

Hubungan linier antara kecepatan gelombang transversal, densitas, porositas secara empirik : Vp = a1 + a2.d Vp = b1 – b2.ɸ dimana : d = densitas ɸ = porositas a1, a2, b1, b2 = parameter empiris Kedua persamaan diatas equivalen dengan : b1= a1 + a2.ds b2 = a2. (ds-dη)


LOGO

Hamilton dan Bachman (1982) memberikan korelasi antara sedimen laut dengan 3 jenis sedimen; • Shelf dan slope Vp = 2502,0 – 2345.ɸ+ 140 .ɸ2 Vp = 2330,4 – 1257,0.D + 487,7 . D2 • Abyssal hill/turbudite Vp =1564.6-59.7Φ Vp = 1591.5-63.4. D • Abyssal hill/pelagis Vp =1410.6+117.7Φ Vp = 1476.7+29.7. D


LOGO

Morgan (1969) telah mendapatkan kumpulan regresi linear dan kuadrat untuk sedimen tersaturasi air dari Lake Erie. Sebagai contoh : • Relasi linear antara porositas dan kecepatan (R=0.84367) Vp = 1917-566.Φ

• Relasi kuadrat antara porositas dan kecepatan (R=0.87358) Vp=2452-2269.Φ+1428.Φ2-9.D


LOGO

Kecepatan gelombang longitudinal sedimen tersaturasi air laut sebagai fungsi dari kandungan lempung (Gambar 6.32)

Gambar tersebut menunjukkan contoh di mana data yang cukup baik dijelaskan oleh hubungan linear. Kecepatan gelombang transversal juga menurun dengan meningkatnya kandungan lempung


LOGO

Hubungan Kecepatan Gelombang

Pada Kandungan Air Pada batuan sedimen tidak kompak, kontak partikel sensitive terhadap: - Efek batas butiran - Pengaruh tegangan kapiler


LOGO

Gambar 6.33. a. kecepatan gelombang P menurun dengan meningkatnya porositas secara linear Gambar 6.33 b dan c kekentalan yang meningkat yakni kandungan karbonatnya bertambah maka kecepatan gelombang shear meningkat.


LOGO

Gambar 6.34a menunjukkan beberapa keistimewaan kecepatan pada saturasi parsial. b. gelombang longitudinal dan transversal pasir Ottawa pada tekanan differensial 1500psi,data after Domenico (1977)


LOGO

Kecepatan gelombang transversal menunjukkan penurunan yang kecil dengan meningkatnya kandungan air. Fenomena ini dijelaskan dengan : •kompresibilitas dari pori yang di dalamnya terkandung gas dan air yang menentukkan fraksi volume pori 80%90%. • Modulus shear dari sedimen tidak dipengaruhi oleh pori yang berisi jika modulus shear=0 • Penurunan kecepatan yang kecil (untuk gelombang longitudinal sekitar 90% saturasi air, untuk gelombang shear di atas harga saturasi) yang disebabkan oleh peningkatan densitas dan peningkatan saturasi air.


LOGO

Gambar 6.37 menunjukkan hasil ekperimen dari perambatan gelombang P dan S. •Secara vertikal dan horizontal dengan tekanan yang meningkat, kecepatan gelombang P dan S pada batuan sedimen kering meningkat secara linear. •Pada batuan sedimen tersaturasi air, kecepatan gelombang P tetap diatas 1000 m/s terhadap tekanan yang berbeda sedangkan kecepatan gelombang S meningkat secara linear terhadap tekanan


LOGO

Tabel 6.16. Eksponen m di kecepatan vs tekanan; Referensi : D-Domenico (1977), H-Hunter et al (1961), S-Schon (1969,1983), Z-Zareva (1956)


LOGO

Pada sedimen tersaturasi, kecepatan gelombang longitudinal bernilai constant untuk kondisi tekanan rendah pada lapisan dekat permukaan. Secara ringkas dapat disebutkan : -kecepatan gelombang longitudinal pada sedimen kering ditentukan oleh susunan butiran. Batuan sedimen mempunyai susunan butiran tertentu. - Kecepatan gelombang longitudinal pada sedimen tersaturasi air ditentukan oleh material pori. Batuan sedimen mempunyai pori tertentu. - Kecepatan transversal ditentukan oleh susunan butiran pada kedua keadaan yakni keadaan kering dan tersaturasi air.


LOGO

Gambar 6.38. Kombinasi kecepatan vs. tekanan; Gambar 6.39, kecepatan gelombang sedimen sebagai fungsi tekanan untuk sedimen kering dengan beberapa perbedaan bentuk butiran 1. Glass sphere, 2. Sand, 3. Quartzite


LOGO

Tabel 6.17. Relasi kecepatan-kedalaman untuk sedimen tersaturasi air laut after Hamilton, 1976 (kecepatan dalam m/s; kedalaman z dalam m)


LOGO

Tabel 6.17 menunjukkan hubungan kecepatan dan kedalaman pada sedimen laut tersaturasi air. Kecepatan-tekanan atau kecepatankedalaman bergantung sedimen kohesif dan non kohesif denga bentuk persamaan (6.81). Pernyataan dari Dominico (1977), perbandingan kecepatan-tekanan dan kecepatan-kedalaman bergantung pada kenaikan kecepatan gelombang kompres termasuk kedalaman sedimen yang mengendap dalam kolam (kedalaman sebanding dengan penurunan tekanan) dengan angka yang sangat rendah daripada pengukuran kecepatan dalam pasir. Hal ini diakibatkan oleh kenaikan sementasi yang cepat yang sesuai penurunan porositas dengan kedalaman pada dapur pasir alam

Beberapa pernyataan tentang rasio kecepatan-rasio Vp/Vs dan anisotropi LOGO

Hasil eksperimen Kemajuan Teknologi Rasio

vP vS

kec. Gelombang longitudinal

kec. Gel trans dari eksplorasi seismic & well logging parameter-parameter untuk menentukan karakteristik batuan

Han, Nur & Morgan (1986) mencatat bahwa penggabungan atau kombinasi kecepatan dan rasio kecepatan merupakan alat yang memudahkan pemisahan litologi yang dapat dipercaya.

LOGO

• Rasio

vP vS

menurunnya kekuatan mekanik dan kekompakkan, porositas dan rekahan semakin meningkat

LOGO

vP Rasio baik eksperimen v S maupun empiris akan memberikan informasi:

• litologi, facies • kandungan pori, khusus •

tentang gas sifat-sifat mekanik Rasio Vp/Vs

LOGO

vP Tabel 6.18 Nilai-nilai rata-rata v , formasi S

Fruitland Cretaceous (coal bed), Cedar Hill Field, New Mexico (Blott, 1993)

Saturation

Fracturing

Dry saturation Patahan kecil atau tak ada patahan Patahan sangat/ besar Brine saturated Patahan kecil atau tak ada patahan Patahan sangat/ besar

vP vS

1.81 1.91 1.98 2.40 Rasio Vp/Vs

Perbedaan yang sangat jelas adalah rasio untuk saturasi gas dan saturasi LOGO air (atau yang mengandung minyak) dan batuan-batuan berpori ini sangat penting dan praktis untuk eksplorasi hidrokarbon.

indikator litologi, dengan menggunakan perubahan waktu tp dan ts, yang berbanding terbalik dengan kecepatan

Rasio Vp/Vs

LOGO

Untuk batuan Lumpur (batuan sedimen yang mengandung silikat klastik dan saturasi air dengan penyusun utama clay dan partikel seukuran silt), Castagna, Batzle & Eastwood (1985) hubungan antara pengukuran sonic in-situ dan pengukuran seismic lapanga

υ P = 1.16v S + 1.36 υ P = 1.26v S + 1.07 R = 0.97

Rasio Vp/Vs

LOGO

Rasio Vp/Vs

Rasio Vp/Vs

LOGO

v v

P

 vP   vS

= 1 . 55 + 0 . 56 Φ + 0 . 43 C

S

 v   −  P  = 0.018 + 0.36Φ + 0.47C  saturated  v S  dry

R = 0.7

Rasio Vp/Vs

LOGO kecepatan gelombang geser bergantung pada sifat pembungkus/kerangka dan tidak dipengaruhi oleh sifat fluida pori, dan kecepatan gelombang mampat bergantung pada sifat-sifat kerangka (ditunjukkan dengan kecepatan gelombang geser) dan sifat-sifat fluida pori, relasi sederhana yang dihasilkan.

υ P = a + b v SH

Parameter empiris a, b adalah Kontribusi fluida pori Untuk batuan kompak akan b mendekati1.4

vP  a =  v SH  v SH

  + b 

vP  a =  v SH  v SH

  + 1.4 

vP = 14 z −0.27 vS

LOGO

Anisotropi Kecepatan gelombang elastic

Secara sederhana diartikan ketergantungan kecepatan terhadap arahnya. Crampin & Lovell (1991) membuat daftar 5 kemungkinan sumber dari anisotropik seismik : •Susunan kristal •Tekanan langsung – anisotropi terinduksi •Anisotropi litologi (contohnya : susunan butir) •Anisotropi struktur (contohnya : perlapisan fine) •Tekanan yang meluruskan rekahan- anisotropi terinduksi

LOGO

Gambar 6.45. Gambaran stereograpi dari penyelidikan anisotropi menggunakan sampel bola (granodiorite after Pros (1977), isolines menunjukkan kecepatan gelombang longitudinal dalam km/s tekanan 300MPa (koefisien anisotropi = 0.044) tekanan 0.1 MPa (koefisien anisotropi = 0.36)

LOGO

v max − v min koefisien anisotropi Av = v min

vmax = Av + 1 rasio anisotropi A = vmin * v

LOGO

LOGO

Penyebab perbedaan VSP dengan Pengukuran laboratorium

Pori – pori rekahan kosong dari sampel Tekanan dan kondisi saturasi yang berbeda

LOGO

Dari table 6.21

LOGO

Diantara batuan metamorf dan magmatik yang ada dalam dalam tablel 6.21,gneiss dan schist memiliki nilai yang tertinggi. Untuk Batuan sedimen, anisotropinya meningkat dari batupasir ke batulempung dan shale.

Ukuran butir (mm)

Nama butir

> 256

Boulder (bongkah)

64 – 256

Cobble (berangkal)

4 – 64

Pebble (kerakal)

2–4

Granule (kerikil)

1/16 – 2

Sand (pasir)

1/256 – 1/16

Silt (lanau)

< 1/256

Clay (lempung (Soetoto, 2001)

LOGO

Figure 6.46. Anisotropy coefficient versus hydrostatic pressure and temperature for longitudinal (left) and transverse (right) wave velocity, after data from Bajuk and Tedev (1978); 1 – schist 2, 3 – gneisses. •Anisotropi tidak bergantung pada tekanan •Penurunan anisotropi karena mengecilnya retakan

LOGO

Anisotropi (%) =

υ max − υ min 100% = Av 100% υ min

LOGO

Table 6.22. Crack and textural anisotropy of samples from the KTB pilot borehole, after Zang et al., (1989) Tipe batuan Amphibolite Gneiss Lamprophyre Marble

n 4 9 2 1

Anisotropy (%) Total Crack 10 7.8 33 23 ~4.8 ~4 7 ~7

Textural 2.2 10 ~0.8 0

LOGO

LOGO

Menurut Crampin dan Lovell (1991) aplikasi potensial gelombang geser : pemahaman geometri fluida termasuk campurannya aplikasi pada produksi hidrokarbon dan pada bidang industri lainnya (yaitu lokalisasi retakan bawah permukaan, estimasi orientasi stress kompresional maksimum dan retakanretakan hidraulik) beberapa aplikasi spekulatif (sebagai monitoring stress menjelang gempa dan ledakan batuan) dll

LOGO Beberapa aplikasi tambahan yang dijabarkan dalam prosiding yang sama untuk aspek yang yang lebih lanjut:

aplikasi yang hubungan dengan eksperimen batuan panas dan kering (oleh Crampin, 1988; Crampin dan Booth, 1989) Peramalan arah patahan termasuk pembahasan laporan singkat serta teknik aplikasinya (Yale & Sprunt, 1989) Pengamatan-pengamatan pemisahan gelombang geser kegagalan induksi stress besar (Graham & Crampin, 1991)

akibat

Korelasi antara geser bifrigerence, arah permeabilitas dan patahanpatahan batuan (Xu & King, 1989) Variasi koefisien refleksi dengan strike retakan dan densitas dalam media anisotropi (li & Crampin, 1992) Kajian-kajian pemisahan gelombang perambatan tektonik (Mjelde, 1991)

geser

untuk

perambatan-

Untuk sedimen

LOGO *2 S

A

*2 P

= 1.5 A

− 0.5

υ P ,V = a + bv P ,h

a = 1.53 − 1.52b υ P ,V = 1.53 + b(v P ,h − 1.52 )

Tipe Sedimen

a

b

R

Calcareous

0.174

0.887

0.98

Silt, clay

0.393

0.740

0.93

Siliceous

0.222

0.855

0.92

Marl

0.259

0.832

0.96

Sand

0.248

0.854

0.96

Perambatan gelombang dalam Batuan. Kecepatan elastik batuan dari hasil pengamatan eksperimen

Recommend Documents