FENOMENA ELEKTROKINETIK DALAM SEISMOELEKTRIK DAN PENGOLAHAN DATANYA DENGAN MENGGUNAKAN METODE PENGURANGAN BLOK Tugas Akhir Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di Program Studi Fisika Institut Teknologi Bandung oleh HARIYANTO SALLE KARURUNG 10202068 PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008 1
(halaman ini sengaja dikosongkan) 2
ABSTRACT ELECTROKINETIC EFFECT IN SEISMOELECTRIC AND ITS DATA PROCESSING BY USING BLOCK SUBTRACTION METHOD by HARIYANTO SALLE KARURUNG 10202068 Seismoelectric is a geophysical method that uses mechanic energy conversion phenomena and becomes electric energy or electromagnetic through a specific conversion mechanism (i.e. electrokinetic effect). A seismoelectric measurement had been done using single channel (a dipole antenna) and obtained signal records in the traces. By using block subtraction s method, these recorded signals were processed to suppress the noise. In this final project used some signal processing tools as Microsoft Excel and MATLAB Signal Processing Toolbox. The physical parameters which were measured during data acquisition were amplitude and time. After processing, it can be obtained the relation between these parameters with the others i.e. porosity, permeability, and materials density in subsurface. These seismoelectric signals carried information about subsurface and useful to understand it, mainly about interface boundaries. Keywords: electrokinetic effect, noise, block subtraction, porosity, permeability, density. 3
ABSTRAK FENOMENA ELEKTROKINETIK DALAM SEISMOELEKTRIK DAN PENGOLAHAN DATANYA DENGAN MENGGUNAKAN METODE PENGURANGAN BLOK oleh HARIYANTO SALLE KARURUNG 10202068 Seismoelektrik adalah gejala bawah permukaan bumi yang memanfaatkan fenomena konversi energi mekanik menjadi energi listrik atau elektromagnetik melalui mekanisme konversi tertentu (efek elektrokinetik). Dalam tugas akhir ini telah dilakukan pengukuran seismoelektrik dengan menggunakan single channel (antena dipol) dan diperoleh rekaman sinyal dalam bentuk trace-trace sinyal. Dengan menggunakan metode pengurangan blok, sinyal-sinyal yang terekam kemudian diolah untuk menekan noise yang juga ikut terekam. Dalam tugas akhir ini akan digunakan beberapa tools pengolahan sinyal seperti Microsoft Excel dan MATLAB Signal Processing Toolbox. Adapun parameter-parameter fisis yang diukur selama pengambilan data antara lain amplitudo terhadap waktu. Setelah pengolahan data akan diperoleh hubungan antar-besaran fisis yang lain yaitu porositas, permeabilitas, dan densitas material-material bawah permukaan. Sinyal-sinyal seismoelektrik ini mengandung informasi bawah permukaan yang diobservasi dan berguna untuk mengetahui kondisi bawah permukaan terutama mengenai bidang batas antarlapisan. Kata kunci: efek elektrokinetik, noise, pengurangan blok, porositas, permeabilitas, densitas. 4
(halaman ini sengaja dikosongkan) 5
DAFTAR ISI Abstract Abstrak Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Lampiran Daftar Simbol i ii iii v vii ix x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah 1 1.2 Ruang Lingkup Kajian 3 1.3 Tujuan Penulisan 4 1.4 Anggapan Dasar 4 1.5 Metode dan Teknik Pengumpulan Data 5 1.6 Sistematika Penulisan 5 BAB II DASAR TEORI SEISMOELEKTRIK 2.1 Fenomena Seismoelektrik Akibat Efek Elektrokinetik 6 2.2 Karakteristik Gelombang Seismoelektrik 8 2.3 Persamaan-Persamaan Pengendali (Governing Equations) Kopling Elektromagnetik dan Elastik Pada Batuan Berpori Jenuh Tersaturasi Fluida 10 6
BAB III METODE PENGAMBILAN DAN PENGOLAHAN DATA SEISMOELEKTRIK 3.1 Metode Pengambilan Data Lapangan 19 3.2 Metode Pengolahan Data 21 3.3 Pengolahan Data Digital 27 BAB IV HASIL PENGUKURAN LAPANGAN, PENGOLAHAN, DAN ANALISIS DATA SEISMOELEKTRIK 4.1 Data Hasil Pengukuran 31 4.2 Pengolahan Data 34 4.3 Analisis Keseluruhan Trace 39 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 41 5.2 Saran 41 DAFTAR PUSTAKA 43 LAMPIRAN-LAMPIRAN 44 7
DAFTAR GAMBAR Gbr. 2.1 Fenomena seismoelektrik yang disebabkan oleh pemisahan muatan 7 2.2 Medan koseismik dari gelombang P (akibat akumulasi muatan + dan - ) 8 2.3 Diagram konversi seismoelektrik pada bidang batas 8 2.4 Respon bidang batas yang terbentuk ketika gelombang P mengenai bidang batas 9 2.5 Gambaran skematik dari medan langsung seismoelektrik 10 3.1 Konfigurasi sumber-penerima pada pengukuran seismoelektrik 20 3.2 Gambaran metode pengurangan blok 25 4.1 Sinyal seismoelektrik rekaman 1 dan hasil FFT-nya 31 4.2 Sinyal seismoelektrik rekaman 2 dan hasil FFT-nya 31 4.3 Sinyal seismoelektrik rekaman 3 dan hasil FFT-nya 32 4.4 Sinyal seismoelektrik rekaman 4 dan hasil FFT-nya 32 4.5 Sinyal seismoelektrik rekaman 5 dan hasil FFT-nya 32 4.6 Sinyal seismoelektrik rekaman 6 dan hasil FFT-nya 32 4.7 Sinyal seismoelektrik rekaman 7 dan hasil FFT-nya 33 4.8 Sinyal seismoelektrik rekaman 8 dan hasil FFT-nya 33 4.9 Proses pengurangan blok pada rekaman 1 35 4.10 Proses pengurangan blok pada rekaman 2 35 4.11 Proses pengurangan blok pada rekaman 3 36 4.12 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 1 dan hasil FFT-nya 37 4.13 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 2 dan hasil FFT-nya 37 8
Gbr. 4.14 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 3 dan hasil FFT-nya 37 4.15 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 4 dan hasil FFT-nya 37 4.16 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 5 dan hasil FFT-nya 38 4.17 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 6 dan hasil FFT-nya 38 4.18 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 7 dan hasil FFT-nya 38 4.19 Hasil pengolahan sinyal seismoelektrik rekaman 8 dan hasil FFT-nya 38 A Komposisi dan spesifikasi porous pot 44 9
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Alat dan Bahan 44 B Sejarah Perkembangan Metode Seismoelektrik dan Aplikasinya Dalam Eksplorasi Geofisika 46 C Data Rekaman Sinyal Setiap Trace dan Pengurangan Blok 51 10
DAFTAR SIMBOL τ t p f u v w v F v I t ρ ρ f ρ s η ω k (ω) K G G bulk tensor tegangan tekanan fluida perpindahan seismik pada matriks batuan perpindahan relatif fluida terhadap matriks faktor sumber seismik tensor identitas densitas bulk medium densitas fluida densitas matriks batuan viskositas fluida pada rongga frekuensi sudut (angular) gelombang permeabilitas medium modulus bulk Gassmann modulus geser C, M, H modulus-modulus Biot φ/φ K fr K f K s J v D v E v porositas medium modulus kerangka bulk butiran modulus fluida pengisi batuan berpori modulus butiran batuan rapat arus listrik perpindahan elektrik medan listrik 11
H v B v C v ε o μ o κ κ f κ s α L σ (ω) medan magnetik induksi magnetik faktor sumber berupa rapat arus injeksi permitivitas listrik vakum permeabilitas magnetik vakum konstanta dielektrik medium konstanta dielektrik relatif fluida konstanta dielektrik relatif fasa padatan turtuositas medium koefisien kopling elektromagnetik konduktivitas listrik medium 12
(halaman ini sengaja dikosongkan) 13