Seismik Refleksi Pada Eksplorasi Geotermal [PDF]

Citation preview

A. Pendahuluan Metode seismik merupakan salah satu metode geofisika yang sering digunakan dalam kegiatan eksplorasi seperti eksplorasi migas, bahan tambang, dan sistem geotermal. Metode seismik ini bekerja dengan prinsip penjalaran gelombang dalam medium di bumi seperti lapisan batuan atau struktur geologi. Alasan mengapa penulis memilih metode seismik untuk dibahas dalam makalah ini adalah metode seismik dapat memberikan gambaran yang cukup jelas tentang keadaan geologi bawah permukaan seperti lapisan batuan dan struktur geologi yang dapat memberi petunjuk tentang keberadaan sistem geotermal di bawah permukaan bumi jika didukung dengan data lainnya.



B. Teori Dasar Metode seismik merupakan metode geofisika yang didasarkan pada konsep penjalaran gelombang pada medium di bumi. Energi gempa merambat di dalam medium bumi dalam bentuk gelombang seismik. Gelombang seismik adalah perambatan gelombang elastik oleh adanya gempa bumi yang merambatkan energi melalui pergerakan partikel penyusun material bumi.



Gambar 1. Ilustrasi Metoda Seismik Refleksi (http://sammashuri.blogspot.com/2013/10/metode-seismik-dalam-reservoir.html).



1



Menurut Gylfy dan Axel (1991), ada dua jenis gelombang badan (body waves) yang menjalar di dalam media batuan yaitu: 1. Gelombang primer (P-waves), merupakan gelombang longitudinal yang arah rambat gelombangnya searah dengan arah getarannya. 2. Gelombang sekunder (S-waves), merupakan gelombang transversal yang arah rambat gelombangnya tegak lurus dengan arah getarannya. Kedua gelombang ini masing-masing memiliki sifat yang khas, dimana gelombang primer (P-waves) dapat merambat melalui medium berfasa padat, cair, dan gas sedangkan gelombang sekunder (S-waves) hanya dapat merambat melalui medium berfasa padat saja.



Gambar 2. Gelombang Primer (P-wave) dan Gelombang Sekunder (S-wave) (http://www.astro.uwo.ca/~jlandstr/planets/webfigs/earth/images/waves.gif).



Metode seismik dapat dibagi menjadi dua berdasarkan sumber gelombang yang akan diukur yaitu: a. Metode seismik pasif Gelombang yang diukur berasal dari sumber alami yang ada di bumi. Metode seismik pasif meliputi: 



Ground noise (mikro seismik), dimana gelombang dibangkitkan dari sistem geotermal seperti aliran konveksi panas dan boiling (proses pendidihan air).



2







Micro earthquake, dimana gelombang disebabkan oleh aktivitas bidang patahan, rekahan hidrolik dan retakan pada saat pendinginan intrusi magma.



b. Metode seismik aktif Gelombang yang diukur merupakan respon dari gangguan yang diberikan secara buatan seperti palu godam (sledgehammer) atau ledakan dinamit. Metode seismik aktif meliputi: 



Seismik refleksi, yaitu metode yang menggunakan prinsip pemantulan gelombang.







Seismik refraksi, yaitu metode yang menggunakan prinsip pembiasan gelombang.







Teleseismik, yaitu metode yang dapat memberikan informasi terkait anomali kecepatan gelombang.







Vertical Seismic Profiling (VSP), yaitu metode yang pengukurannya dilakukan dengan variasi kedalaman yang ada di lubang sumur.



Pada makalah ini akan dibahas lebih dalam tentang metoda seismik refleksi. Seismik refleksi adalah metoda geofisika dengan menggunakan gelombang elastis yang dipancarkan oleh suatu sumber getar yang biasanya berupa ledakan dinamit atau hantaman palu godam (sledgehammer) yang umumnya digunakan di darat, sedangkan di laut/perairan menggunakan sumber getar berupa air gun, boomer, atau sparker. Gelombang bunyi yang dihasilkan menembus sekelompok batuan di bawah permukaan yang nantinya akan dipantulkan kembali ke atas permukaan melalui bidang reflektor yang berupa batas lapisan batuan. Gelombang yang dipantulkan ke permukaan ini diterima dan direkam oleh alat perekam yang disebut geophone (di darat) atau hydrophone (di perairan) (Badley, 1985). Refleksi dari suatu horison geologi mirip dengan gema pada suatu muka tebing atau jurang. Metoda seismik refleksi banyak dimanfaatkan untuk keperluan eksplorasi hidrokarbon dan sistem geotermal. Seismik refleksi hanya mengamati gelombang pantul yang datang dari batas-batas formasi geologi atau struktur seperti patahan atau rekahan. Gelombang pantul ini dapat dibagi



3



atas beberapa jenis gelombang yakni: Gelombang-P, Gelombang-S, Gelombang Stoneley, dan Gelombang Love. Metode seismik refleksi ini akan mengukur waktu tempuh yang diperlukan gelombang dari pemancar (transmitter) untuk sampai ke penerima gelombang (receiver/geophone). Waktu tempuh ini dapat diperoleh dari persamaan berikut: 



𝑡=



2ℎ 𝑣



(berlaku untuk satu lapisan), dimana h adalah jarak yang ditempuh



gelombang dari transmitter ke batas lapisan dan v adalah kecepatan rambat gelombang pada lapisan yang dilalui gelombang. 



𝑡2 =



2ℎ1 𝑣1



+



2(ℎ2−ℎ1) 𝑣2



(berlaku untuk dua lapisan), dimana:



 h1 : jarak tempuh gelombang dari transmitter ke batas lapisan 1  h2 : jarak tempuh gelombang dari transmitter ke batas lapisan 2  v1 : kecepatan rambat gelombang lapisan 1  v2 : kecepatan rambat gelombang lapisan 2



Gambar 3. Sketsa Penjalaran Gelombang Seismik Pada Lapisan (https://wingmanarrows.wordpress.com/2013/01/23/eksplorasi-geofisika-5-metoda-seismikrefleksi/).



Eksplorasi seismik refleksi dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu eksplorasi prospek dangkal dan eksplorasi prospek dalam. Eksplorasi seismik dangkal biasanya diaplikasikan untuk eksplorasi batubara dan bahan tambang serta sistem geotermal, sedangkan seismik dalam digunakan untuk eksplorasi daerah prospek hidrokarbon (minyak dan gas bumi). Kedua kelompok ini tentu saja menuntut resolusi dan akurasi yang berbeda begitu pula dengan teknik lapangannya. Perbedaan dari kedua jenis eksplorasi seismik ini adalah pada frekuensi gelombang yang digunakan. Metoda



4



seismik dangkal menggunakan frekuensi gelombang tinggi yang memiliki tingkat penetrasi yang rendah namun akurasi yang tinggi sedangkan metoda seismik dalam menggunakan frekuensi gelombang rendah yang memiliki tingkat penetrasi yang tinggi namun akurasi yang rendah. Secara umum, metode seismik refleksi terbagi atas tiga bagian penting yaitu pertama adalah akuisisi data seismik yaitu merupakan kegiatan untuk memperoleh data dari lapangan yang disurvei, kedua adalah pemrosesan data seismik sehingga dihasilkan penampang seismik yang mewakili daerah bawah permukaan yang siap untuk diinterpretasikan, dan yang ketiga adalah interpretasi data seismik untuk memperkirakan keadaan geologi di bawah permukaan dan bahkan juga untuk memperkirakan material batuan di bawah permukaan. Metoda seismik yang umum digunakan adalah seismik refleksi dan seismik refraksi. Kedua metoda ini berbeda jika ditinjau dari prinsip yang digunakan. Seismik refleksi bekerja dengan prinsip pemantulan gelombang pada batas-batas lapisan batuan atau struktur seperti rekahan atau patahan dan menghitung jarak yang diperlukan gelombang dari pemancar (transmitter) untuk sampai ke penerima gelombang (receiver/geophone), sedangkan seismik refraksi bekerja dengan prinsip pembiasan gelombang pada lapisan batuan serta batas-batasnya dan menghitung jarak yang diperlukan gelombang dari pemancar (transmitter) untuk sampai ke penerima gelombang (receiver/geophone) dengan memperhitungkan energi yang hilang karena pembiasan gelombang.



Gambar 4. Ilustrasi Metoda Seismik Refleksi (https://miningundana07.wordpress.com/2009/10/08/perbandingan-seismik-refraksi-danseismik-refleksi/). 5



Gambar 5. Ilustrasi Metoda Seismik Refraksi (https://miningundana07.wordpress.com/2009/10/08/perbandingan-seismik-refraksi-danseismik-refleksi/).



C. Respon/Hasil Yang Diamati Hasil yang diperoleh atau dapat diamati dari metode seismik refleksi ini berupa perbedaan waktu tempuh gelombang pada tiap kedalaman dan hasil gema yang dari gelombang pada batas lapisan batuan sepanjang lintasan tertentu yang akan diproses dan menghasilkan suatu penampang. Penampang hasil refleksi gelombang seismik ini selanjutnya diinterpretasi sebagai keadaan geologi bawah permukaan dari daerah tersebut. Sebagai contoh, berikut adalah penampang seismik dari mud volcano:



Gambar 6. Penampang Seismik Mud Volcano a. sebelum diinterpretasi, b. setelah diinterpretasi (terdapat sesar/patahan) (https://rovicky.wordpress.com/2006/09/27/penampakan-mud-volcano-dalamrekaman-penampang-seismik/) 6



D. Kelebihan dan Kekurangan Kelebihan dan kekurangan dari metode seismik secara umum adalah sebagai berikut:



Tabel 1. Kelebihan dan Kekurangan Metode Seismik Secara Umum. Kelebihan



Kekurangan



Dapat mendeteksi variasi baik lateral



Banyaknya data yang dikumpulkan



maupun kedalaman dalam parameter



dalam sebuah survei akan sangat besar



fisis yang relevan, yaitu kecepatan



jika diinginkan data yang akurat



seismik Dapat menghasilkan citra kenampakan



Perolehan data sangat mahal baik



struktur di bawah permukaan



akuisisi dan logistik dibandingkan dengan metode geofisika lainnya



Dapat dipergunakan untuk membatasi



Reduksi dan prosesing membutuhkan



kenampakan stratigrafi dan beberapa



banyak waktu, membutuhkan komputer



kenampakan pengendapan



mahal dan tenaga ahli yang banyak



Respon pada penjalaran gelombang



Peralatan yang diperlukan dalam



seismik bergantung dari densitas batuan



akuisisi umumnya lebih mahal dari



dan konstanta elastisitas lainnya



metode geofisika lainnya



sehingga setiap perubahan konstanta tersebut (porositas, permeabilitas, kompaksi, dll) pada prinsipnya dapat diketahui dari metode seismik Memungkinkan untuk deteksi langsung



Deteksi langsung terhadap kontaminan,



terhadap keberadaan hidrokarbon atau



misalnya pembuangan limbah, tidak



sistem geotermal



dapat dilakukan



Kemudian jika kita membandingkan metode seismik refleksi terhadap seismik refraksi, berikut adalah kelebihan dan kekurangannya:



7



Tabel 2. Kelebihan dan Kekurangan Metode Seismik Refleksi dan Seismik Refraksi. Seismik Refleksi



Seismik Refraksi



Kelebihan



Kekurangan



Kelebihan



Kekurangan



Pengukuran



Lokasi sumber dan



Pengamatan



Dalam pengukuran



seismik refleksi



penerima yang



refraksi



regional, seismik



menggunakan



cukup lebar untuk



membutuhkan



refraksi



offset yang lebih



memberikan citra



lokasi sumber dan



membutuhkan



kecil



bawah permukaan



penerima yang



offset yang lebih



yang lebih baik,



kecil, sehingga



lebar.



maka biaya



relatif murah



akuisisi menjadi



dalam



lebih mahal.



pengambilan datanya



Seismik refleksi



Prosesing seismik



Prosesing refraksi



Seismik refraksi



dapat bekerja



refleksi



relatif simpel



hanya bekerja jika



bagaimanapun



memerlukan



dilakukan kecuali



kecepatan



perubahan



komputer yang



proses filtering



gelombang



kecepatan sebagai



lebih mahal, dan



untuk memperkuat



meningkat sebagai



fungsi kedalaman



sistem database



sinyal first break



fungsi kedalaman.



yang jauh lebih



yang dibaca.



handal. Seismik refleksi



Karena banyaknya



Karena



Seismik refraksi



lebih mampu



data yang direkam,



pengambilan data



biasanya



melihat struktur



pengetahuan



dan lokasi yang



diinterpretasikan



yang lebih



terhadap database



cukup kecil, maka



dalam bentuk



kompleks



harus kuat,



pengembangan



lapisan-lapisan.



diperlukan juga



model untuk



Masing-masing



beberapa asumsi



interpretasi tidak



lapisan memiliki



tentang model



terlalu sulit



dip dan topografi.



yang kompleks



dilakukan seperti



dan interpretasi



metode geofisika



membutuhkan



lainnya.



8



personal yang cukup ahli. Seismik refleksi



Seismik



merekam dan



refraksi hanya



menggunakan



menggunakan



semua medan



waktu tiba sebagai



gelombang yang



fungsi jarak



terekam.



(offset)



Bawah permukaan



Model yang dibuat



dapat tergambar



didesain untuk



secara langsung



menghasilkan



dari data terukur



waktu jalar teramati.



E. Cara Penentuan Lokasi Daerah Geotermal Penentuan lokasi daerah geotermal menggunakan metode seismik refleksi terlebih dahulu melihat kepada data-data yang didapat di lapangan penelitian seperti adanya manifestasi panas bumi dan data dari analisis geokimia air. Setelah data yang didapat menunjukkan kemungkinan adanya sistem geotermal di bawah permukaan, metode seismik refleksi dapat digunakan untuk memperoleh gambaran geometri dari sistem geotermal, dimana telah dibahas sebelumnya bahwa gelombang sekunder (Swave) tidak merambat melalui medium cair atau gas sehingga gelombang tersebut tidak akan melalui lapisan yang mengandung fluida atau reservoir dan menghasilkan penampang yang tampak kurang jelas pada bagian reservoir geotermal. Sebagai contoh, Gambar 7 menunjukkan penampang seismik dari daerah prospek geotermal di Nevada, Amerika Serikat. Dari Gambar 7 terlihat bahwa adanya indikasi intrusi pada bagian kiri gambar terdapat lengkungan yang dapat diinterpretasi sebagai intrusi dan terdapat sesar di sebelahnya (garis merah dan biru) yang dapat diinterpretasi sebagai saluran/jalur air/fluida pada sistem geotermal.



9



Gambar 7. Penampang Seismik Daerah Prospek Geotermal Nevada, Amerika Serikat (Louie dkk., 2011).



F. Kesimpulan Metode seismik merupakan salah satu metode geofisika yang memanfaatkan prinsip perambatan gelombang pada medium di bumi. Metode seismik yang umum digunakan diantaranya adalah seismik refleksi dan refraksi. Seismik refleksi memanfaatkan prinsip pemantulan gelombang pada batas-batas lapisan batuan maupun pada struktur seperti rekahan maupun patahan. Metode seismik refleksi dapat memberikan gambaran keadaan geologi bawah permukaan maupun geometri sistem geotermal. Penentuan prospek geotermal menggunakan metode ini akan lebih akurat jika digabungkan dengan data lainnya seperti pemetaan manifestasi panas bumi dan analisis geokimia air di daerah tersebut.



10



Daftar Pustaka







http://id.wikipedia.org/wiki/Metoda_seismik diakses pada 19 November 2015







http://rudi.staff.uns.ac.id/2008/10/06/seismik-refleksi-untuk-eksplorasi/ diakses pada 19 November 2015







http://sammashuri.blogspot.com/2013/10/metode-seismik-dalam-reservoir.html diakses pada 19 November 2015







http://www.astro.uwo.ca/~jlandstr/planets/webfigs/earth/images/waves.gif



diakses



pada 19 November 2015 



https://miningundana07.wordpress.com/2009/10/08/perbandingan-seismik-refraksidan-seismik-refleksi/ diakses pada 19 November 2015







https://rovicky.wordpress.com/2006/09/27/penampakan-mud-volcano-dalamrekaman-penampang-seismik/ diakses pada 19 November 2015







https://wingmanarrows.files.wordpress.com/2013/01/clip_image0064.png



diakses



pada 19 November 2015 



Louie, John N., Pullammanappallil, Satish K., Honjas, William. 2011. Advanced seismic imaging for geothermal development.



11