Very Low Frequency EM (VLF - EM) Method: Kuliah Ke - 6 MK Geofisika Terapan A.Syaeful Bahri [PDF]

Citation preview

Very Low Frequency EM (VLF – EM) Method Kuliah ke – 6 MK Geofisika Terapan A.Syaeful Bahri



(Source :Travis Crosby, 2004)



• Pendahuluan • Teori Dasar • Peralatan Pengukuran • Hasil Pengukuran & Aplikasi • Future Work



(Source :Travis Crosby, 2004)



Pendahuluan Metoda VLF-EM ini pada dasarnya memanfaatkan medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi sangat rendah (15–30 KHz) dengan daya sangat besar yang pada awalnya digunakan untuk keperluan sistem navigasi kapal selam. Metoda VLF-EM ini dalam pelaksanaan pengukuran di lapangan hanya menggunakan sinyal dari satu frekuensi saja (single frequency). Medan EM yang diukur oleh alat ukur VLF-EM adalah medan kompleks total (HR) yang terdiri dari komponen real (inphase), imajiner (quadrature), total-field, dan tilt-angle. Besar nilai yang terukur keempat komponen tersebut akan sangat tergantung kepada nilai konduktivitas benda bawah permukaannya.



(Source :Travis Crosby, 2004)



Kegiatan suvey geofisika yang menggunakan sinyal radio VLF-EM dimulai sejak tahun 1960-an untuk penyelidikan prosfek mineral konduktif (McNeill dan Labson, 1987; Paal, 1965), memetakan patahan dan pemetaan kontaminasi airtanah dikombinasikan dengan metoda resistivitas (Benson dkk., 1997), studi kebencanaan dan lingkungan (Jeng dkk., 2004), pemetaan sistem rekahan di bawah permukaan untuk studi zona mineralisasi emas (Tijani dkk., 2009), studi pasca pondasi (Ofomola dkk., 2009), sedangkan interpretasi VLFEM dengan memaanfaatkan struktur anomali 3D dengan menggunakan teknik filter linier diperkenalkan oleh (Djeddi dkk., 1998).



(Source :Bahri, AS., 2010)



Bosch & Müller (2001) mensintesakan penggunaan metoda VLF-EM untuk berbagai keperluan, diantaranya; memetakan pencemaran, eksplorasi air bawah tanah yang dikombinasikan dengan metoda VES (Nandakumar dkk., 1983), delineasi zona sedimentasi (Oskooi, dan Pedersen, 1995), dan lain sebagainya.



(Source :Bahri, AS., 2010)



Kelemahan Metoda (single survey): • Instrumen juga merekam banyak noise • Kondisi bawah permukaan kemungkinan tidak cukup memperlihatkan kontras anomali • Overlapping anomali sulit dibedakan dalam tahap interpretasi Reconciliation of multiple data sets often provides a more true interpretational picture. (Source :Bahri, AS., 2010)



• 42 transmitting stations worldwide (15-30 kHz, 10-20 km ). • At distance, EM field behaves as a plane wave with predictable magnetic and electrical components. • Eddy currents are generated when field passes through a buried conductor, creating a secondary magnetic field.



Penjalaran Gelombang VLF-EM



(Source :Travis Crosby, 2004)



Medan elektromagnetik primer sebuah pemancar radio VLF-EM memiliki komponen medan listrik vertikal Epz dan komponen medan magnetik horizontal yang tegak lurus terhadap arah perambatan pada sumbu-x (Bosch dan Mullёr, 2001). Medan elektromagnetik HPy yang dipancarkan antena pemancar radio VLF-EM selanjutnya akan diterima stasiun penerima dalam empat macam perambatan gelombang, yaitu; gelombang langit, gelombang langsung, gelombang pantul dan gelombang terperangkap. Adapun yang paling sering dimanfaatkan dan terukur sewaktu pengukuran data VLF-EM di daerah survey adalah gelombang langit. Jika di bawah permukaan terdapat suatu medium yang bersifat konduktif, maka komponen medan magnetik dari gelombang elektromagnetik primer akan menginduksi medium tersebut sehingga akan menimbulkan medan listrik induksi, ESx. Medan listrik induksi tersebut akan menimbulkan medan elektromagnetik baru yang disebut medan elektromagnetik sekunder, HS, yang mempunyai komponen horizontal dan vertikal. Medan magnetik ini mempunyai bagian yang sefase (in-phase) dan berbeda fase (out-of-phase/quadrature) dengan medan primernya. Adapun besar medan elektromagnetik sekunder sangat tergantung dari sifat konduktivitas benda di bawah permukaannya



Penjalaran Gelombang VLF-EM



Distribusi Medan Primer dan Sekunder Elektromagnetik VLF (Bosch dan Muler, 2001)



11



(Source :Bahri, AS., 2010)



Akusisi Data VLF



Teori Dasar • Hukum Maxwel



  H  J  D / t   E  B / t B  0



•E = intensitas medan listrik (Volt/meter), •B = densitas flux magnetik (Weber/meter2), •H = intensitas medan magnet (Ampere/meter), •J = rapat arus konduksi (Ampere/meter2), •D = densitas flux listrik (Coulomb/meter2), •t = waktu (detik) •q =muatan listrik (Coulomb).



D  q



13



(Source :Bahri, AS., 2010)



Fase dan Polarisasi



Hubungan amplitudo dan fase gelombang P dan gelombang S



inphase  R cos  quadrature  R sin 



Polarisasi elips Pada bidang elektromagnetik



total _ field  R  2( H z / H x ) cos    2  1 (H z / H x ) 



  1/ 2 tan 1 



14



(Source :Bahri, AS., 2010)



Formulasi VLF-EM



HR  HP  HS HR  HP e



it



 HS e



i (t  )



0  0  0         H Ry    H Py    H Sy         H Rz   0   H Sz  15



(Source :Bahri, AS., 2010)



Koreksi Topografi Baker-Myers



R(1, 2)  (



R1 %  R2 % )  TC 2



Efek topografi pada nilai VLF terukur 16



(Source :Bahri, AS., 2010)



Filter Fraser Fn  (M n 2  M n3 )  (M n  M n1 )



•Data observasi



•Data terfilter •Fraser



•Keadaan •sebenarnya 17



(Source :Bahri, AS., 2010)



Karos-Hjelt Filter KHn  -0.102M n-3  0.059 M n-2 - 0.561M n-1  0.561M n 1 - 0.059 M n 2  0.102 M n 3



•Rapat arus equivalent, dihitung dengan menggunakan filter Karous18 Hjelt :a) inphase dan b) quadrature



(Source :Bahri, AS., 2010)



•Karos-hjelt Filter



•Line 1 •Line 2



•Line 3



19



Peralatan Pengukuran VLF-EM Scintrex Envi-Geophysical VLF-EM



ABEM-WADI VLF-EM



(Source :Travis Crosby, 2004)



Scintrex Envi-Geophysical VLF-EM



UTAM 2004



Travis Crosby Seismic Tomogram



SE 150



Fault



NW Velocity (m/s) 3500



Alluvium/Colluvium



3300



Relative Elev (m)



3100 2900 2700



100



2500 2300 2100



50



1900



Weathered Bedrock



1700 1500



Unweathered Bedrock 0



1300 1100 900



50



100



150



200



250



300



350



400



450



500



550



Distance (m)



VLF Data (Karous & Hjelt Filtered)



SE



NW



Relative Elev (m)



100



13 11 9 7 5 3 1 -1 -3 -5 -7 -9 -11 -13 -15



? 50



0 0



50



100



150



200



250



300



Distance (m)



350



400



Current Density



450



500



550



(Source :Travis Crosby, 2004)



Test Profile N ?



?



Legend Water Well Mapped Fault, dotted where inferred



Seismic or VLF Line



VLF Detected Fault 600 m



Seismic Detected Fault



(Source :Travis Crosby, 2004)



VLF Data (Karous & Hjelt Filtered) NW



SE



Water Well



Stream



Current Density



Relative Elev (m)



100



10 8 6 4 2



50



0 -2 -4 -6



0



-8



0



50



100



150



200



250



300



350



400



450



500



550



600



650



700



Distance (m)



(Source :Travis Crosby, 2004)



Other VLF Studies: Ore Deposits • Survey area 90 km northeast of Yellowknife, NW Territories, Canada. • Original defined strike limits Ag-Pb-Au banded sulfide lens was 160 m. • VLF survey complementing other data sets suggested a greater strike length of 400 m.



Data from: Fugro Airborne Surveys



VLF (Source :Travis Crosby, 2004)



Field Measurement: Bribin III (2004), VLF (1 & 2) •Goa Bribin



•VLF (1) •VLF (2)



Bribin III: VLF (1)



•



U31 New Borehole



•Lower surface topography



Bribin III: VLF (2) U



Lintasan 1 Frek-2



90



90



Frek-2



7 per.Mov.Avg.(Frek-1) 7 per.Mov.Avg.(Frek-2)



80



80



7 per.Mov.Avg.(Frek-1) 7 per.Mov.Avg.(Frek-2)



70



70



60



60



50



50



Tilt (%)



Tilt (%)



100



40



550



500



450



400



350



300



250



200



150



100



50



Frek-1



40



30



30



20



20



10



10



0



600



U



Lintasan 2 100



Frek-1



0



-10



-10



-20



-20



0



0



100



200



300



400



500



Jarak (meter)



600



700



800



900



1000



1100



1200



Jarak (meter)



•Gambar 5a. Data tilt lintasan 2 untuk dua band frekuensi yang berbeda beserta kurva rerata bergeraknya



•Gambar 4a. Data tilt lintasan 1 untuk dua band frekuensi yang berbeda beserta kurva rerata bergeraknya.



260



Lintasan 1



U



240



220



U



Lintasan 2 200



-20



-20



140



•%



-60



120



meter



meter



-40



180



-40



160



160



-60



•%



-80 100



-80 80



-100



50



75



100



125



150



175



200



225



250



275



meter



300



325



350



375



400



425



450



475



•Gambar 4b. Kontur arus ekivalen data lintasan 1.



500



60 40 20



-100 -120



220 200



180



140 120 100



50



100



150



200



250



300



350



400



450



500



550



meter



600



650



700



750



800



850



900



950



•Gambar 5b. Kontur arus ekivalen data lintasan 2.



1000 1050



80 60 40



0



20



-20



0 -20



VLF Result U



Lintasan 3 100



Frek-1



90



Frek-2



80



7 per.Mov.Avg.(Frek-1) 7 per.Mov.Avg.(Frek-2)



70



Frek-2



60



7 per.Mov.Avg.(Frek-1) 7 per.Mov.Avg.(Frek-2)



50



70 60



40



50



30 Tilt (%)



Tilt (%)



U



Lintasan 4



Frek-1



40



20



30



10



20



0



10



-10



0



-20



-10



-30 -20



0 0



100



200



300



400



500



600



700



800



900



1000



1100



50



100



150



200



250



300



1200



350



400



450



500



550



600



650



700



Jarak (meter)



Jarak (meter)



•Gambar 7a. Data tilt lintasan 4 untuk dua band frekuensi yang berbeda beserta kurva rerata bergeraknya. •%



•Gambar 6a. Data tilt lintasan 3 untuk dua band frekuensi yang berbeda beserta kurva rerata bergeraknya. •%



150



-20



meter



-40 -60 -80 -100 -120



50



100



150



200



250



300



350



400



450



500



550



600



meter



650



700



750



800



850



900



950 1000 1050 1100



•Gambar 6b. Kontur arus ekivalen data lintasan 3.



260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20



U



Lintasan 4



140 130



-20



120 110



-40



100



meter



U



Lintasan 3



90



-60



80 -80



70 60



-100



50 -120



50



100



150



200



250



300



350



meter



400



450



500



550



600



40 30



•Gambar 7b. Kontur arus ekivalen data lintasan 4



20 10 0 -10



VLF Result Lintasan 5



U 100



Frek-1 Frek-2



90



7 per.Mov.Avg.(Frek-1) 7 per.Mov.Avg.(Frek-2)



80 70



50 40



Tilt (%)



60



30 20 10 0 -10 -20 1200



1100



1000



900



800



700



600



500



400



300



200



100



0



Jarak (m eter)



•Gambar 8a. Data tilt lintasan 5 untuk dua band frekuensi yang berbeda beserta kurva rerata bergeraknya. U



Lintasan 5



•%



-20 220



meter



-40



200 180



-60



160



-80



140 120



-100



100



-120



50



100



150



200



250



300



350



400



450



500



550



600



meter



650



700



750



800



850



900



950



1000



1050



80 60 40



•Gambar 8b. Kontur arus ekivalen data lintasan 5



20 0 -20



Stack of VLF slice



•W



•Gambar 9a. Interpretasi posisi sungai bawah tanah dalam perspektif tiga dimensi.



Slice view of VLF results



Sungai Bawah Permukaan Bribin



Sungai Bawah Permukaan Seropan



Future Work • To augment seismic refraction tomography studies by conducting smaller scale, higher resolution VLF to detect normal and antithetic faults bounding larger colluvial wedge structures.



(Source :Travis Crosby, 2004)



Future Work • To augment seismic refraction tomography studies by conducting smaller scale, higher resolution VLF to detect normal and antithetic faults bounding larger colluvial wedge structures. • Multi-electrode, high-resolution, 2-D, DC resistivity imaging of colluvial wedges for comparison with seismic tomograms.



(Source :Travis Crosby, 2004)