PEMETAAN SUNGAI BAWA PERMUKAAN DI WILAYA KARS SEROPAN GUNUNGKIDUL DENGAN MENGGUNAKAN METODA GEOFISIKA VLF-EM-vGRAD WAYU 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 kz), 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-jelt ) 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(y)), 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-jelt 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 VLF- EM-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
ukum Maxwel E B D = J = B / t = = 0 q + D t / E = intensitas medan listrik (Volt/meter), B = densitas flux magnetik (Weber/meter 2 ), = intensitas medan magnet (Ampere/meter), J = rapat arus konduksi (Ampere/meter 2 ), D = densitas flux listrik (Coulomb/meter 2 ), t = waktu (detik) q =muatan listrik (Coulomb).
Fase dan Polarisasi ubungan amplitudo dan fase gelombang P dan gelombang S inphase = R cosα quadrature = Rsinα Polarisasi elips Pada bidang elektromagnetik total _ field = R 1 2( z / x)cos φ 2 1 ( z / x) α = ± 1/ 2 tan
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
16 ( ϕ ) ω ω + = + = t i S t i P R S P R e e + = Sz Sy Py Rz Ry 0 0 0 0 ) ( ) ( )) ( ( )) ( ( 1 2 1 2 z z z z Sy Sy Ry Sy Py Sy Py Ry = + + = (z) f Py VLF-EM VLF-EM-vGRAD Perbedaan VLF-EM dan VLF-EM-vGRAD
Koreksi Moving Average NW SW 17
Filter Fraser F n ( M + 2 + M + 3) ( M + M + 1) = n n n n Data observasi Data terfilter Fraser Keadaan sebenarnya 18
Dasar Pemodelan Untuk menggambarkan gelombang bidang dan medan elektromagnetik harmonik, dapat diungkapkan dengan menggunakan persamaan Maxwell : E E + = z 2 2 y y 2 2 2 2 x iωµσ E y 1 y 1 y + = iωµσ E x σ x z σ z y Penentuan komponen medan, untuk polarisasi medan listrik (polarisasi-e), dan untuk polarisasi medan magnetik (polarisasi-) dapat ditentukkan dengan x = E 1 y iωµ z z E = iωµ x 1 y E x = σ z 1 y E x = 1 y σ x 19
Nilai resistivitas semu dan fase untuk polarisasi-e dan polarisasi- dapat dihitung dengan menggunakan rumus: ρ a = E 1 y ωµ x 2 imag( E / ) 1 y x φ = tan real( Ey / x) Bagian real dan imaginer dari fungsi transfer magnetik pada VLF dapat dihitung dengan rumus: z Re = real 100% x z Im = imag 100% x 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 : inversi Inv2DVLF yang dibuat oleh Fernando A. Monteiro Santos dari Universitas Lisboa(Portugal) dirilis pertama kali November 2007. 21
Alur Penggunaan Program Inv2DVLF 22
23 Ketinggian pengukuran (m) Posisi benda dalam jarak x (m)
Respon VLF-EM-vGRAD akibat sungai bawah permukaan: Ketinggian pengukuran (m) Posisi benda dalam jarak x (m) Inphase, Total-field, Tilt-angle + Quadrature - 24
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 asil inversi dengan menggunakan Inv2DVLF dari respon VLF akibat model aliran sungai bawah permukaan 26
Metodologi
Kajian Literatur Pengambilan Data Pengolahan Data Interpretasi asil dan Pembahasan Kesimpulan
Parameter Akuisisi Data No Parameter Keterangan 1 Total area pengukuran 5 area 2 Total lintasan 13 lintasan 3 Panjang lintasan Lintasan 1,2,3,4 dan 5 600 meter Lintasan 6 Lintasan 7,8,9,10,11 dan 12 Lintasan 13 1035 meter 405 meter 960 meter 4 Spasi 15 meter 5 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. asil 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