KARAKTERISASI MIKROSTRUKTUR BATUAN KARBONAT PADA BERBAGAI UKURAN: MILI SAMPAI CENTIMETER

Transkripsi

1 KARAKTERISASI MIKROSTRUKTUR BATUAN KARBONAT PADA BERBAGAI UKURAN: MILI SAMPAI CENTIMETER TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan tahap sarjana di Program Studi Fisika oleh Luluan A. Lubis ( ) PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG BANDUNG 2007

2 Lembar Pengesahan KAJIAN PERUBAHAN BESARAN FISIS BATUAN KARBONAT DALAM SKALA CENTIMETER DAN SKALA MILIMETER Oleh : Luluan A. Lubis Telah diujikan dalam sidang Sarjana mahasiswa Strata-1 Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung pada hari Jum at, 27 Juni 2008 di depan tim penguji yang terdiri dari : Pembimbing : Dr.rer.nat. Umar Fauzi Penguji I : Dr. Nurhasan Penguji II : Maman Budiman Ph.D Telah disetujui dan disahkan, Pembimbing Dr.rer.nat. Umar Fauzi NIP

3 i KARAKTERISASI MIKROSTRUKTUR BATUAN KARBONAT PADA BERBAGAI UKURAN: MILI SAMPAI CENTIMETER MICROSTRUCTURE CHARACTERIZATION OF CARBONATE ROCK AT DIFFERENT SCALE: MILI TO CENTIMETER Nama : Luluan Almanna Lubis NIM : Alamat : Jln. Batik Keris No.3 Sukaluyu Bandung Kelompok Keahlian : Fisika Sistem Kompleks Hari/Tanggal : Jum'at/27 Juni 2008 Waktu : Tempat : Ruang Staf Lama Pembimbing : Dr. Rer. Nat. Umar Fauzi Penguji : - Dr. Nurhasan - Maman Budiman, Ph.D ABSTRAK Besaran fisis dari batuan bergantung pada skala atau jarak dari pengukuran. Pengamatan besaran aliran fluida seperti: porositas, luas area spesifik, radius hidraulik dan permeabilitas dilakukan dalam tugas akhir ini. Pengukuran dari besaran aliran fluida dilakukan pada batuan berukuran mili sampai centimeter. Sebaran besaran aliran fluida pada skala kecil memperlihatkan sebaran yang luas. Sebaran besaran aliran fluida mengecil seiring bertambahnya ukuran. Kata Kunci: Skala, porositas, permeabilitas, radius hidraulik, specific surface area.

4 ii ABSTRACT Physical properties of rock depend on scale or range of measurement. Fluid flow properties, i.e.: porosity, specific surface area, radius hydraulic and permeability are investigated to study its variation with scale. Measurement/estimation of flow properties in millimeter and centimeter are carried out in rock section. Variation of fluid flow parameter at lower scale seems to be wider. The higher scale estimation, variation of fluid flow parameter decrease. Keywords: carbonate rock, porosity, permeability, hydraulic radius, specific surface area, DIPMA.

5 xii PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir Karakterisasi Mikrostruktur Batuan Karbonat Pada Berbagai Ukuran: Mili sampai Centimeter. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Sarjana di Departemen Fisika Institut Teknologi Bandung. Penyelesaian tugas akhir ini tak lepas dari dukungan berupa moril maupun materiil dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr.rer.nat. Umar Fauzi sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan penulisan laporan ini, Bapak Dr. Nurhasan dan Maman Budiman Ph.D sebagai dosen penguji yang telah memberi kontribusi besar dalam bentuk pertanyaan dan saran. 2. Kedua orang tua, Lily Adriany dan Zulkifli Lubis yang selalu memberikan dukungan, doa, kasih sayang, dan segalanya yang sangat berarti dalam kehidupan penulis. 3. Kedua adik, Qisthi A. Lubis dan Aqwam S. Lubis yang terus memberi dukungan kepada penulis. 4. Yuristka M. U. untuk 5,5 tahun terakhir dan Sania G. H untuk 2 bulan terakhir, terima kasih.

6 xiii 5. HIMAFI 2003, Kaswandhi, Surya, Badai, Inu, Zaky, Opik, Martin, Dian, Atep, Puput, Thuris, dll tidak ada penyesalan karena banyaknya waktu yang terbuang bersama kalian. 6. Teman-teman HIMAFI 2004, 2005, 2006, khususnya Dhey selama tingkat 3 penulis. 7. Rekan-rekan satu perjuangan, Bu Selly Feranie, Bogel, Meira dan Kathya yang bersama-sama penulis berjuang untuk menyelesaikan studi masingmasing. 8. Seluruh dosen dan staf Laboratorium Fisika Bumi serta Departemen Fisika yang telah memberikan bimbingan dan bantuan kepada penulis. Atas segala bantuan penulis mengucapkan terima kasih, semoga Allah SWT memberikan balasan yang setimpal untuk semua kebaikan ini. Untuk selanjutnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya terutama bagi pihak-pihak yang ingin mengembangkan penelitian ini. Bandung, Juni 2008 Luluan A. Lubis

7 iii DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT.ii DAFTAR ISI...iii DAFTAR LAMPIRAN... vi DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...xi PRAKATA......xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Ruang Lingkup Kajian Tujuan Penulisan Metode dan Teknik Pengumpulan Data Sistematika Penulisan...4 BAB II TEORI DASAR 2.1 Batuan Berpori Besaran Fisis Batuan Berpori Permeabilitas... 8

8 iv Perhitungan permeabilitas dengan radius hidraulik Analisis citra dengan two point correlation funtion (TPCF) Struktur Gambar Digital Besaran Fisis Sebagai Fungsi Ukuran 16 BAB III METODOLOGI 3.1 DIPMA Data Skala Centimeter dan Skala Milimeter Pengukuran citra dalam skala centimeter Pengukuran citra dalam skala milimeter Algoritma dan diagram alir menggabungkan citra skala milimeter Metode Perhitungan Besaran Fisis...34 BAB IV DATA, HASIL DAN ANALISIS 4.1 Data Eksperimen Data gambar sampel batuan Data gambar sampel batuan setelah dilakukan pengolahan Hasil Perhitungan Besaran Fisis Batuan Karbonat Data sampel (1) skala centimeter Data preparat (3) skala milimeter...45

9 v BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B... 63

10 vii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Contoh batuan karbonat berstruktur pori sampel ME Gambar 2.2 Model sederhana dari persamaan Hagen-Poiseuille dan Kozeny-Carman... 8 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Grafik TPCF...13 Gambar digital (kiri) dan representasi gambar digital (kanan)...14 Gambar 2.5 Nilai pixel sebagai representasi gambar digital...15 Gambar 2.6 Contoh gambar digital dengan nilai pixel 0 dan 1 yang diinterpretasikan sebagai warna hitam untuk 0 dan putih untuk Gambar 2.7 Besaran fisis terhadap perubahan skala...17 Gambar 2.8 Contoh grafik perubahan besaran fisis terhadap Perubahan skala...18 Gambar 2.9 Gambar 3.1 Porositas sebagai fungsi ukuran...18 Tampilan DIPMA...21 Gambar 3.2 Hasil grafik TPCF...21 Gambar 3.3 Alat yang digunakan utuk pengambilan citra digital untuk skala centimeter Gambar 3.4 Gambar 3.5 Batu karbonat yang digunakan...23 Citra disebelah kiri tidak menggunakan penggaris, citra disebelah kanan menggunakan penggaris

11 viii Gambar 3.6 Citra hasil croping dengan ukuran 300x300 pixels...24 Gambar 3.7 Alur pengambilan citra digital untuk skala centimeter Gambar 3.8 Alat yang digunakan utuk pengambilan citra digital untuk skala milimeter Gambar 3.9 Skala Gambar 3.10 Thin section batuan karbonat...27 Gambar 3.11 Citra disebelah kiri tidak menggunakan skala, citra disebelah kanan menggunakan skala lingkaran Gambar 3.12 Hasil penggabungan citra thin section 3 dengan menggunakan MATLAB (3995x3840 pixels)...28 Gambar 3.13 Citra thin section 3 dengan ukuran 500x480 pixels...29 Gambar 3.14 Alur pengambilan citra digital untuk skala milimeter Gambar 3.15 Hasil penggabungan citra secara horizontal...31 Gambar 3.16 Diagram alir algoritma menggabungkan citra digital secara horizontal...31 Gambar 3.17 Diagram alir algoritma menggabungkan citra digital secara vertikal Gambar 3.18 Grafik TPCF yang diperoleh dengan menggunakan DIPMA Gambar 3.19 Parameter TPCF dalam DIPMA...35

12 ix Gambar 3.20 Bagan perhitungan besaran fisis Gambar 4.1 Hasil gambar 2 dimensi dengan menggunakan kamera digital...38 Gambar citra 2 dimensi pada baris pertama preparat Gambar 4.3 Citra 2 dimensi batuan karbonat skala centimeter setelah dilakukan pengolahan citra Gambar 4.4 Citra 2 dimensi hasil dengan menggunakan kamera digital Gambar 4.5 Grafik kecendrungan porositas pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1) Gambar 4.6 Grafik kecendrungan s pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1)...42 Gambar 4.7 Grafik kecendrungan r Hidraulik pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1) Gambar 4.8 Grafik kecendrungan permeabilitas pada skala 50, 75, 100, 150, 200, 250 dan 300 pixels untuk sampel (1) Gambar 4.9 Grafik kecendrungan porositas pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3) Gambar 4.10 Grafik kecendrungan S pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3) Gambar 4.11 Grafik kecendrungan r hidraulik pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3)

13 x Gambar 4.12 Grafik kecendrungan r hidraulik pada skala 50, 100, 200, 250, 300, 350 dan 400 pixels untuk preparat (3)...47 Gambar 4.13 Perbandingan porositas skala centimeter dan skala Milimeter...49

14 xi DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Porositas dan permeabilitas dari berbagai jenis Grainstone... 6 Tabel 2.2 Hasil percobaan Berryman dengan menggunakan TPCF...13 Tabel 4.1 Estimasi besaran fisis sampel (1)...44 Tabel 4.2 Sebaran estimasi besaran fisis sampel (1)...44 Tabel 4.3 Estimasi besaran fisis preparat (3)...48 Tabel 4.4 Sebaran estimasi besaran fisis preparat (3)...48

15 vi DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A. DATA CITRA LAMPIRAN B. DATA BESARAN FISIS... 64