Makalah Georadar Kel 9 [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dalam penerapan ilmu geofisika di lapangan, banyak metode yang dapat digunakan untuk proses eksplorasi sumber daya alam. Salah satunya adalah metode GPR. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, metode ini memiliki banyak keuntungan diantaranya kemudahan dalam penggunaannya di lapangan serta tidak membutuhkan biaya dan waktu yang banyak. Namun, hingga saat ini metode ini masih kurang diminati oleh para calon ahli geofisika muda karena belum dipahaminya metode GPR. Perlu adanya pengenalan lebih lanjut mengenai metode GPR serta pemahaman yang intensif meliputi konsep dasar, akuisisi, prosessing, dan interpretasi data pada metode GPR. GPR merupakan metode yang memiliki spesialisasi untuk eksplorasi dangkal (nearsurface geophysics) dengan ketelitian yang amat tinggi sehingga mampu mendeteksi bendasarkan bawah permukaan tanah. GPR juga dapat digunakan



untuk



mendeteksi



benda



non-metalik



(pipaplastik,



mayat,



bahkanlubang/ruangkosong) dengan syarat bahwa benda tersebut memiliki sifat listrik yang berbeda dengan benda sekitarnya (host material). Dengan adanya georadar ini, akan memudahkan kita untuk mendeteksi barang-barang nineral, tanpa harus merusak lingkungan dan pengoperasiaanya pun tidak membutuhkan biaya dan waktu yang banyak.



1.2. Perumusan Masalah 1.2.1.



Apa pengertian umum dari GPR?



1.2.2.



Bagaimana prinsip kerja dari GPR?



1.2.3.



Apa saja kelebihan dan keterbatasan dari penggunaan alat GPR?



1.2.4.



Bagaimana penerapan metode GPR pada dunia pertambangan?



1.3.Tujuan Penulisan 1.3.1.



Memahami konsep dasar dari georadar



1.3.2.



Memahami prinsip kerja dari alat GPR 1



1.3.3.



Mengetahui kelebihan dan keterbatasan dari GPR



1.3.4.



Mengetahui penerapan metode GPR pada dunia pertambangan



2



BAB II PEMBAHASAN



2.1. Definisi Metode Georadar Metode georadar atau yang disebut dengan Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan metode geofisika dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk mendeteksi objek yang terkubur di dalam tanah dan mengevaluasi kedalaman objek tersebut. GPR juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi dan karakteristik permukaan bawah tanah tanpa mengebor ataupun menggali tanah. GPR dikembangkan sebagai salah satu alat bantu untuk penelitian geologi bawah permukaan yang relatif dangkal dan terperinci. Prinsip penggunaan metode GPR tidak jauh berbeda dengan metode seismik pantul, seperti identifikasi fasies dan sekuen lapisan bawah permukaan (Heteren drr., 1998). Teknik penggunaan metode GPR ( Gambar 3) adalah sistem Electromagnetic Subsurface Profiling (ESP), dengan cara memanfaatkan pengembalian gelombang elektromagnet yang dipancarkan me lalui permukaan tanah dengan perantaraan antena. Pemancaran dan pengembalian gelombang elektromagnet berlangsung cepat sekali yaitu dalam satuan waktu nannosecond (Allen, 1979). Kedalaman penetrasi dengan metode GEORADAR sangat bergantung sifat kelistrikan media yang diselidiki, seperti: konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik. Kedua sifat listrik tersebut berkaitan erat dengan sifat fisik tanah atau batuan yang antara lain kadar



air



dan



sifat



kegaramannya.



Berdasarkan



pengalaman,



metode



GEORADAR ini penetrasinya akan mencapai 25 - 30 m apabila digunakan pada daerah yang kadar kegaramannya relatif kecil. Khusus dalam pendeteksian material yang kadar besinya relatif tinggi, penetrasi GPR akan berkurang, sesuai dengan kadar besi yang terdapat pada material tersebut (Budiono, 1999). Di daerah penelitian, kemampuan penetrasi pada masing-masing lintasan disesuaikan dengan tujuan utama pendeteksian , misalnya pendeteksian kondisi tanggul dan kondisi tanah atau batuan di sekitar semburan gas.



3



2.2. Prinsip Kerja GPR



Secara umum metoda GPR adalah metoda yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik ( geolombang radio) berfrekuensi tinggi dalam mengidentifikasi kondisi di bawah permukaan ( sub-surface ). Prinsip dasar dari skema kerja metoda GPR ini yakni dengan jalan memancarkan gelombang radio berfrekuensi tinggi ke bawah permukaan melalui pemancar (transmitter). Dimana hasil penjalaran gelombang ini akan dipantulkan kembali ke permukaan dan selanjutnya diterima oleh antena penerima (receiver), dan hasil dari penerima kemudian ditampilkan dalam sebuah diagram ( radargram ) yang langsung dapat tersajikan dalam bentuk visualisasi 2 Dimensi pada monitor penerima ( Display ). Pada dasarnya GPR bekerja dengan memanfaatkan pemantulan sinyal. Semua sistem GPR pasti memiliki rangkaian pemancar (transmitter), yaitu system antena yang terhubung ke sumber pulsa, dan rangkaian penerima (receiver), yaitu sistem antena yang terhubung ke unit pengolahan sinyal. Rangkaian pemancar akan menghasilkan pulsa listrik dengan bentuk, prf (pulse repetition frequency), energi, dan durasi tertentu. Pulsa ini akan dipancarkan oleh antena ke dalam tanah.



4



Pulsa ini akan mengalami atenuasi dan cacat sinyal lainnya selama perambatannya di tanah. Jika tanah bersifat homogen, maka sinyal yang dipantulkan akan sangat kecil. Jika pulsa menabrak suatu inhomogenitas di dalam tanah, maka akan ada sinyal yang dipantulkan ke antena penerima. Sinyal ini kemudian diproses oleh rangkaian penerima. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :



Gambar 2.1.2. prinsip kerja GPR



Kedalaman objek dapat diketahui dengan mengukur selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa. Dalam selang waktu ini, pulsa akan bolak balik dari antena ke objek dan kembali lagi ke antena. Jika selang waktu dinyatakan dalam t, dan kecepatan propagasi gelombang elektromagnetik dalam tanah v, maka kedalaman objek yang dinyatakan dalam h adalah :



Untuk mengetahui kedalaman objek yang dideteksi, kecepatan perambatan dari gelombang elektromagnetik haruslah diketahui. Kecepatan perambatan tersebut tergantung kepada kecepatan cahaya di udara, konstanta dielektrik relative medium perambatan



Ketebalan beberapa medium di dalam tanah dinyatakan dalam d , yaitu :



5



Jika konstanta dieletrik medium semakin besar maka kecepatan gelombang elektromagnetik yang dirambatkan akan semakin kecil. Pulse Repetition Frequency (prf) merupakan nilai yang menyatakan seberapa seringnya pulsa radar diradiasikan ke dalam tanah. Penentuan prf dilandasi dengan kedalaman maksimum yang ingin dicapai. Semakin dalam objek, maka prf juga semakin kecil karena waktu tunggu semakin lama.



Dimana t adalah selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa dan H adalah kedalaman maksimum. Daya pulsa yang dipancarkan juga harus disesuaikan dengan kedalaman maksimum ini. Jika H besar, maka daya yang harus digunakan juga harus besar agar sinyal pantul tetap terdeteksi.



2.3. Kelebihan dan Keterbatasan GPR



Kelebihan metode GPR Beberapa kelebihan dari penggunaan GPR adalah sebagai berikut : 



relatif mudah untuk dilakukan







Biaya operasional lebih murah







tidak merusak (non destructive)



6







Antena dapat dibawa oleh tangan atau dengan kendaraan dari 0.8 sampai 8 kph, atau lebih, yang mampu



menghasilkan



unit waktu yang dapat



dipertimbangkan 



Data GPR dapat ditafsirkan dengan benar pada tanah tanpa pemrosesan data Display grafik data GPR acapkali menyerupai potongan melintang lapisan tanah. Ketika data GPR dikumpulkan pada jarak yang dekat (kurang dari 1 meter), data tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan pandangan dimensional yang dapat meningkatkan kemampuan untuk menafsirkan kondisi-kondisi di bawah permukaan tanah.







Disisi lain keuntungan utama dari teknik GPR adalah bahwa antena tidak harus bersentuhan secara langsung dengan permukaan tanah dengan cara demikian dapat mempermudah dan mempercepat pengukuran. Performa yang optimum, terlebih dengan jarak yang kecil dari antena ke permukaan tanah, biasanya



akan dapat diamati



hanya dengan



menggunakan detail nilai dari geometri dan sifat alami tanah 



kemampuannya dalam mendeteksi tipe sasaran tertentu yang diberikan dan menghasilkan gambar sasaran dalam 3 dimensi.



Keterbatasan metode GPR 



Keterbatasan utama GPR adalah lokasi capaiannya yang spesifik kedalaman penetrasi dibatasi oleh adanya mineralogi tanah liat atau poripori cairan



dengan konduktivitas tinggi yang dapat menghambat



pencapaian resolusi dan kedalaman penetrasi yang tinggi 



Kemampuan radar hanya puluhan meter (kurang lebih 100 meter)







Antena GPR umum hanya untuk durasi pulsa tertentu



Bila ditinjau dari segi keilmuan, metoda GPR ( Ground Penetration Radar ) atau sering juga dikenal sebagai metoda Georadar adalah suatu metoda dalam bidang ilmu geofisika, yang sering kali digunakan sebagai salah satu sarana pendukung dalam kegiatan eksplorasi geologi dalam menidentifikasi lapisan bawah permukaan ( sub-surface ) untuk kedalaman tertentu ( dangkal ).



7



Kemampuan yang dimiliki oleh metoda ini merupakan salah satu alasan yang sering kali dipakai oleh seorang geologis dalam kerangka kerja lapangannya. Selain efektiv dengan segala kemudahan yang dimilikinya metoda ini juga mampu mengoptimalisasikan kondisi anggaran survei bila dibandingkan metoda bawah permukaan ( sub-surface ) lainnya dalam hal ini pemboran. Selain dibutuhkan anggaran yang tidak sedikit, kegiatan pemboran juga membutuhkan waktu yang cukup panjang dalam menentukan batas-batas sebaran lateralisasi dari batas lingkungan pengendapan di wilayah potesial yang ada. Dengan kemampuannya mengidentifikasikan batasan antar medium ( Lapisan ) yang kompak (rigid) dan tidak kompak (urigid), metoda GPR ( Ground Penetration Radar ) tidak membutuhkan waktu yang relativ panjang sehingga dapat memberikan gambaran serta informasi secara cepat bagi kepentingan survei selanjutnya ( Pemboran Geologi lanjut). Sehingga, Kelebihan metode GPR yakni biaya operasional lebih murah, resolusinya yang sangat tinggi karena menggunakan frekuensi tinggi (broadband atau wideband), Pengoperasian yang cukup mudah, selain itu metode GPR merupakan metoda non destructive sehingga aman digunakan. Keterbatasan dan kekurangan dari metode GPR yaitu Antena GPR umum hanya untuk durasi pulsa tertentu, Kemampuan radar hanya puluhan meter (kurang lebih 100 meter), serta metode GPR tidak dapat melakukan penetrasi / deteksi sedalam gelombang bunyi.



2.4. Prosessing Data GPR Pada pemrosesan data GPR, data yang pertama didapatkan dari lapangan adalah raw data yang didapatkan dari alat perekaman pada GPR. Kemudian data ini dapat dilakukan pengolahan menggunakan software seperti (ReflexW, GPRSoft, Prism).



8



(gambar tampilan awal data GPR sebelum prosesing) Setelah itu maka akan dilakukan prosesing dengan urutan sebagai berikut : a. Dilakukan Gain Gain merupakan langkah yang digunakan untuk memperkuat sinyal. Hal ini disebabkan karena gelombang elektromagnetik yang memancar akan dipengaruhi oleh beberapa hal sehingga menyebabkan sinyal yang didapatkan menjadi melemah.



(gambar penguatan sinyal di GPRsoft) b. DC Removal Oleh karena adanya sinyal-sinyal lemah maka hal pertama yang dapat dilakukan untuk mengurangi atau bahkan menghilangkan efek dari sinyal



9



ber-frekuensi rendah pada radargram tersebut adalah melakukan processing DC Removal. DC Removal mempunyai fungsi untuk mengembalikan sinyal ke posisi yang seharusnya yaitu di titik tengah (dan bukannya melenceng ke bawah ataupun ke atas), sehingga sinyal akan berbentuk sinusoidal secara sempuna.



(gambar gain setelah dilakukan DC removing) c. Dewow Untuk mengatasi masalah selanjutnya, maka langkah selanjutnya adalah melakukan dewow. Dewow merupakan langkah proseing yang dilakukan untuk menghilangkan frekuensi yang sangat rendah yang terekam dalam radargram.



(gambar gain seletah dilakukan dewow) d. Filters Tujuan dilakukan langkah ini adalah menghilangkan frekuensi-frekuensi sinyal yang tidak diinginkan.



10



(gambar radargram dan gain)



(gambar radargram setelah dilakukan gain) e. Background removing Langkah ini dilakukan untuk menghilangkan gangguan arah mendatar.



11



(gambar setelah dilakukan Background removing) f. Palette Langkah ini dilakukan untuk memperkuat kontras pada radargram sehingga akan tampak lebih jelas.



(gambar setelah dilakukan palette) 2.5. Interpretasi Data GPR Hasil pengukuran dilapangan biasanya hanya menampilkan data direct wave dan juga air wave. Untuk mendapatkan respon data dibawahnya digunakan filter dan gain sehingga data yang lebih dalam bisa terlihat jelas. Pemilihan band frekuensi sangat menentukan apakah data bisa d filter atau tidak, terlalu tinggi 12



akan menghilangkan data, terlalu rendah maka noise yang ada tidak hilang. Analisis frekuensi sangat membantu kita untuk membuat band frekuensi yang kita gunakan.



gambar interpretasi data GPR



Interpretasi data GPR sebenarnya mirip dengan interpretasi data seismik yaitu pendekatan di strength reflectivity, perbedaan reflektivitas itu yang menjadi acuan untuk menentukan batas lapisan yang satu dengan yang lainya. Pengukuran GPR untuk model 3D harus disesuaikan dengan design lintasan yang akan kita buat, ini membantu untuk kemudahan disaat menampilkan data 2D kedalam 3D view. Tampilan 3D sangat membantu dalam interppretasi kemenerusan, baik itu lateral maupun vertikal.



13



gambar raw data GPR



Hasil interpretasi dari data 2D di plot di 3D view sehingga didapatkan view dari data 2D menjadi data 3D. Kemenerusan reflektor terlihat lebih jelas untuk dilihat kesemua arah sehingga pola interpretasi kita semakin gamblang, dan orang awam pun akan lebih mudah melihat dan mengerti lapisan-lapisanya.



gambar 3D view data GPR



Dari data slice reflektor data 2D, kita akan dapatkan database yang merupakan data 2D, dari data slice tersebut kita lakukan gridding untuk



14



mendapatkan data surface sehingga terlihat konfigurasi reflektor-reflektornya,kita juga bisa membuat layering berdasarkan lapisan yang sudah kita buat di data 2D.



gambar slicing horizone dari data 2D Keberhasilan metode GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang radar tertransmisikan dan refleksikan. refleksi yang ditimbulkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik timbul akibat adanya perbedaan antara konstanta dielektrik relatif antara lapisan yang berbatasan. Perbandingan energi yang direfeleksikan disebut koefesien refeleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnetik dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari medium yang berdekatan. Dalam perambatannya, amplitudo sinyal akan mengalami pelemahan karena adanya energi yang hilang, sebagai akibat terjadinya refleksi / trasmisi di tiap batas medium dan terjadi setiap kali gelombang radar melewati batas antar medium. Faktor kehilangan energi disebabkan oleh perubahan energi elektromagnetik menjadi panas. Penyebab dasar terjadinya atenuasi merupakan fungsi kompleks dari sifat dielektrik dan sifat listrik medium yang dilewati oleh sinyal radar. Faktor atenuasi tergantung pada konduktivitas, permitivitas, dan permeabilitas magnetic medium, dimana sinyal tersebut menjalar, serta frekuensi sinyal itu sendiri.Skin depth ( adalah kedalaman dimana sinyal telah berkurang menjadi 1/e (yaitu Hubungan antara konstanta dielektrik dan cepat rambat gelombang radar dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Untuk material geologi,



15



berada pada rage 1-30, sehingga range jarak cepat rambat gelombang menjadi besar yaitu sekitar 0.03 sampai 0.175 m/ns. 2.6. Studi Kasus Aplikasi Metode GPR Pengaplikasian metode georadar atau biasa disebut GPR bisa dilakukan pada berbagai macam ilmu, diantaranya adalah untuk geologi, arkeologi dan pertambangan. Pada dunia pertambangan, GPR dibutuhkan sebagai salah satu alat untuk membantu pada tahapan eksplorasi. Ada beberapa metode geofisika yang bisa membantu eksplorasi batubara ketika eksplorasi pengeboran tidak bisa dilakukan, seperti geolistrik, IP, georadar, seismik yang membantu secara vertikal dan metode magnetik yang membantu secara lateral, tetapi tidak semua metode berkorelasi baik antara hasil pengukuran dengan nilai propertis dari batubara tersebut. Georadar sendiri bisa membantu identifikasi batubara dengan beberapa pendekatan, seperti spectrum, kekuatan reflektor berupa amplitudonya, dan pola amplitudonya. Kalibrasi data di tempat yang akan dilakukan pengukuran sangat membantu begitu juga interpretasi yang akan kita lakukan.



16



BAB III PENUTUP



3.1. Kesimpulan 1. Ground penetrating radar (GPR) merupakan suatu alat yang digunakan untuk proses deteksi benda–benda yang terkubur di bawah tanah dengan tingkat kedalaman tertentu, dengan menggunakan gelombang radio 2. Peralatan GPR yang digunakan terdiri dari unit kontrol, antena pengirim dan antena penerima, penyimpanan data yang sesuai dan peralatan display. 3. Aplikasi GPR dapat digunakan untuk survey benda-benda yang terpendam di tempat yang dangkal, tempat yang dalam, dan pemeriksaan beton. 4. Keuntungan penggunaan GPR adalah relatif mudah untuk dilakukan dan tidak



merusak, dan antena



tidak harus bersentuhan secara langsung



dengan permukaan tanah. 5. Keterbatasan utama GPR adalah lokasi capaiannya yang spesifik, dan antena GPR secara umum dioptimasi hanya untuk durasi pulsa tertentu.



3.2. Saran 1. Perlu dilakukan pengukuran Georadar dengan menggunakan antenna frekuensi rendah (Multiple Low Frequency) untuk mendapatkan data lebih dalam, dan diperlukan data sumur uji untuk meningkatkan keyakinan hasil interpretasi georadar. 2. Perlu dilakukan penelitian dengan metode geofisika lainnya sehingga dapat dilakukan perbandingan untuk memperoleh hasil yang lebih akurat



17



DAFTAR PUSTAKA



Kirbani, SB. 2001. Teori dan Aplikasi Metode Geofisika. Yogyakarta : UGM Munadi, Suprajitno. 2001. Instrumentasi Geofisika. Jakarta : Universitas Indonesia Santoko, Djoko. 2002. Pengantar Geofisika. Bandung : Penerbit ITB



18