Visualisasi Struktur Bawah Permukaan Dengan Metode Hagiwara

Jurnal Gradien, Edisi Khusus - Januari 2009 : 30-33

Visualisasi Struktur Bawah Permukaan Dengan Metode Hagiwara Refrizon, Suwarsono, Kristin Natalia Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Bengkulu, Indonesia Diterima 29 Desember 2008; Disetujui 9 Januari 2009

Abstrak - elah dilakukan penelitian di daerah Pantai Panjang Kota Bengkulu yang bertujuan untuk membuat program untuk memvisualisasikan kondisi lapisan bawah permukaan berdasarkan data penelitian geofisika dengan metode seismik refraksi. Penjalaran gelombang seismik di bawah permukaan diolah dengan metode Hagiwara. Perhitungan data travel time dan visualisasi lapisan bawah permukaan dibuat suatu paket program berbasis Borland Delphi. Hasil yang diperoleh adalah gambaran visual bawah permukaan dengan ketebalan rata-rata sekitar 9,2 m, jenis batuan penyusunnya sand pada lapisan pertama dan sandstone di lapisan kedua. Kata kunci : Seismik Refraksi, Metode Hagiwara, Sand, Sandstone, Borland Delphi 1. Pendahuluan Metode seismik refraksi (seismik bias) merupakan salah satu metode yang banyak digunakan untuk menentukan struktur geologi bawah permukaan. Metode seismik bias menghasilkan data yang bila digunakan bersama-sama dengan data geologi dan perhitungan dengan konsep fisika dapat menampilkan informasi tentang struktur bawah permukaan dan distribusi tipe batuan. Metode seismik refraksi merupakan metode yang umum digunakan dalam bidang geoteknik seperti perencanaan pendirian bangunan, gedung, pabrik, bendungan, jalan raya, landasan bandara dan sebagaimya [1]. Prinsip utama metode seismik refraksi ini adalah penerapan waktu tiba pertama (first arrival time) dari gelombang seismik. Apabila diketahui waktu tiba pertama dari gelombang seismik refraksi yang menjalar di lapisan bumi akan diperoleh kurva waktu tempuh (travel time) gelombang seismik tersebut. Dengan menganalisis kurva waktu tempuh ini, akan diperoleh informasi mengenai kecepatan dan waktu tunda gelombang seismik di setiap lapisan sehingga dapat digunakan untuk menentukan ketebalan lapisan [2]. Salah satu metode perhitungan waktu tiba gelombang seismik untuk mencerminkan lapisan bawah permukaan adalah Metode Hagiwara. Metode ini merupakan metode waktu tunda yang berdasarkan asumsi bahwa undulasi bawah permukaan tidak terlalu besar [1]. Kelebihan dari metode Hagiwara adalah lapisan bawah permukaan dapat ditampilkan

mengikuti kontur bawah permukaan itu. Berbeda dengan metode interceptime yang menganggap lapisan dibawah permuaan adalah flat (bidang). Terutama untuk lapisan bawah permukaan yang harus detail, maka metode Hagiwara adalah metode perhitungan yang menjadi pilihan utama [3]. Perhitungan dengan metode Hagiwara dikembangkan untuk struktur bawah permukaan yang terdiri dari dua lapisan. Bidang batas lapisan yang akan diperlihatkan oleh hasil perhitungan merupakan rata-rata kedalaman yang memiliki kerapatan yang berbeda. Bila kerapatan berbeda maka kecepatan gelombang seismiknya juga akan berbeda, sehingga arah penjalaran gelombang seismik akan mengalami pembiasan (refraksi), seperti pada gambar 1. Dengan hukum Snellius pada bidang batas dua medium saat terjadi sudut kritis i adalah [4]: v (1) sin i = 1 v2

Gambar 1. Lintasan gelombang bias untuk struktur dua lapis [4]

Refrizon / Jurnal Gradien, Edisi Khusus - Januari 2009 : 30-33

Bila dinotasikan waktu perambatan gelombang bias dari titik tembak A ke titik penerima P dengan TAP, waktu perambatan dari B ke P dengan TBP dan waktu perambatan dari A ke B dengan TAB. T’AP ditunjukkan oleh persamaan [4]:

T ' AP = TAP − T ' AP =

(TAP + TBP − TAB ) 2

h A cos i x + v1 v2

detik

detik

(8)

(3)

(T AP + TBP − T AB ) detik (4) 2 Bila jarak ke titik penerima adalah x, dengan mengambil titik B sebagai titik asal (referensi), maka diperoleh : h cos i x detik (5) T ' BP = B + v1 v2 T ' BP = TBP −

dengan kedalaman lapisan pada titik A (hA) dan pada titik B (hB). Dalam pers (5), v1 dapat diperoleh dari kurva travel-time dari gelombang langsung dekat titik tembak. TAP, TBP, dan TAB diperoleh dengan cara observasi. Tetapi cos i tidak dapat dicari, karena v2 biasanya tidak diketahui. Jika harga v2 dapat diketahui, kedalaman hp dan titik penerima P dapat diperoleh dari :

v1 (T AP + TBP − TAB ) 2 cos i

v1 (TBP − T 'BP ) m cos i

(2)

Pada pers (3) T’AP adalah linier terhadap x, jika diambil x sebagai absis dan T’AP sebagai ordinat dan diplot titik-titik yang bersesuaian (seperti pada gambar 2), maka garis lurus tersebut merupakan suatu short (bentuk baru yang lebih pendek) dari kurva travel time yang dikandung oleh titik-titik yang berhubungan [5]. Nilai T’AP dengan mudah dapat dihitung dari pers (3), dan kecepatan v2 pada lapisan bawah diperoleh dari kemiringan (slope) garis lurus. T’AP yang diperoleh dari pers (2) merupakan suatu besaran yang menunjukkan kecepatan pada lapisan bawah (velocitytravel-time). Dengan cara yang sama, dapat diperoleh :

hP =

hP =

m

(6)

Seperti pada gambar 2 harga dari T’AP atau T’BP yang berhubungan dengan TAP atau TBP dapat dibaca dari ektensi (memperpanjang) kurva T’AP atau T’BP. Jadi harga kadalaman hp dapat dihitung dari pers (7) dan (8). v (7) hP = 1 (TAP − T ' AP ) m cos i atau

Gambar 2. Kurva waktu rambat dan kurva waktu rambatkecepatan [1]

Perhitungan yang harus dilakukan dapat dipermudah dengan merancang suatu paket program yang dapat juga menggambarkan visualisasi lapisan bawah permukaan. Paket program ini disusun dengan berbasis Borland Delphi atau Delphi. Program ini merupakan sarana pemrograman aplikasi visual yang menggunakan bahasa pemrograman Pascal [6]. Program aplikasi ini bekerja di bawah sistem operasi Windows, memiliki antar muka visual yang user friendly serta menggunakan bahasa pemrograman yang mampu menyediakan antar muka grafis (Graphical User Interface, GUI). Selain itu program ini juga dapat menghasilkan sebuah lingkungan pengembangan aplikasi yang berorientasi objek (Object Oriented Programming, OOP). Pengukuran seismik diakukan di daerah Pantai Panjang Bengkulu menggunakan seismometer 12 channel (Seismometer MC Seis 160 S). Pantai ini direncanakan menjadi pusat wisata dan perdagangan. Saat ini telah dimulai pembangunan hotel, restoran, tempat hiburan, pusat perbelanjaan dan lain-lain. Dalam pendirian suatu bangunan sangat penting mengetahui jenis tanah/batuan serta kedalaman untuk perancangan pondasi untuk menopang bangunan tersebut. Penelitian seismik bias yang pernah dilakukan di Pantai Panjang telah dihitung dengan metode intercep time [7], hasilnya adalah lapisan bawah permukaan yang dianggap flat, sehingga kurang mencerminkan yang sebenarnya.

31

Refrizon / Jurnal Gradien, Edisi Khusus - Januari 2009 : 30-33

2. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan di kawasan Pantai Panjang Kota Bengkulu. Tahap pertama adalah penentuan posisi lintasan dan arah orientasinya. Lintasan pengukuran dibuat sejajar dengan garis pantai dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Menentukan panjang lintasan 2. Menentukan spasi jarak antar geophone, pada penelitian ini jarak antar geophone adalah 7 meter dan jarak sumber dari geophone pertama 14 meter. 3. Hasil pengukuran di lapangan ditampilkan pada tabel yang berisi waktu penjalaran gelombang sampai ke geophone dan jarak masing-masing sumber ke geophone. Paket program berdasarkan metode Hagiwara yang dirancang memiliki menu utama yang terbagi menjadi empat sub menu yang mewakili fungsi tertentu, yaitu input data angka, input data image, input data travel time dan proses perhitungan metode Hagiwara. Selain itu pada tampilan ini dapat ditampilkan output hasil perhitungan program. 3. Hasil Dan Pembahasan Menu Utama yang dirancang merupakan satu kesatuan sistem yang terintegrasi dalam bentuk tampilan yang interaktif dengan fungsi sebagai interface terhadap aplikasi yang dikehendaki. Menu utama adalah menu induk yang memuat sub-sub menu. Menu utama terbagi menjadi empat sub menu yang mewakili fungsi tertentu. Sub menu pertama berfungsi sebagai tampilan input untuk memasukkan data-data teknis lapangan seperti nomor lintasan, hari/tanggal pengambilan data dan observer. Sub menu kedua berfungsi untuk memasukkan data berupa image. Sub menu ketiga berfungsi sebagai tampilan input untuk memasukkan data travel time, sedangkan sub menu keempat berfungsi sebagai tampilan proses perhitungan metode Hagiwara. Proses penghitungan dengan metode Hagiwara dilakukan secara otomatis. Data yang digunakan adalah hasil dari pengambilan data pada tampilan input data. Tampilan output adalah tampilan dimana hasil-hasil perhitungan metode Hagiwara diletakkan. Pada tampilan ini dapat diakses tabel perhitungan, grafik travel time dan visualisasi lapisan bawah permukaan. Program aplikasi ini

32

memiliki tiga cara menginputkan data. Pertama dari data image sismogram, kedua dari data file dalam format ”txt” (notepad) dan ketiga dengan mengetikkan langsung nilai travel time pada tampilan input. Pengambilan nilai travel time dari data image seismogram untuk memperoleh ketelitian pembacaan yang lebih tinggi dibandingkan dengan pembacaan langsung. Pembacaan seismogram secara langsung diperoleh ketelitian maksimum ½ nst (nilai skala terkecil) atau sebesar ½ x (20 ms/3 mm), yaitu sekitar 3,33 ms/mm, sedangkan ketelitian yang diperoleh dari data image adalah sebesar ½ x (20 ms/37 pixel), yaitu sekitar 0,54 ms/pixel. Ketelitian ini dapat ditingkatkan dengan cara memperbesar ukuran image (zooming), akan tetapi pembesaran yang berlebihan akan membuat image menjadi kabur dan susah untuk dibaca. Tabel perhitungan metode Hagiwara meliputi dua bagian yaitu data teknis lapangan dan data lapangan yang kemudian dimasukkan kedalam tabel dengan menggunakan rumus metode Hagiwara. Data teknis lapangan meliputi Nomor Lintasan, Hari/tanggal, Observer, TAB = TBA yaitu nilai travel time v1 (kecepatan gelombang langsung) dan v2 (kecepatan gelombang bias), sin i didapatkan dari pembagian v1 dan v2 kemudian didapat nilai cos i. Sebagaimana input data, program ini juga memiliki tiga cara mengoutputkan data, yang pertama tabel perhitungan metode Hagiwara, grafik travel time dan interpretasi lapisan bawah permukaan. Grafik travel time didapatkan dari hubungan antara jarak geophone dan nilai waktu perambatan gelombang bias dari titik tembak A ke titik penerima P (TAP) dan nilai waktu perambatan gelombang bias dari titik tembak B ke titik penerima P (TBP). Berdasarkan kurva waktu rambat-kecepatan dapat ditentukan nilai kecepatan lapisan kedua (v2) dengan menggunakan pendekatan kuadrat terkecil (Least square). Pada grafik kemudian ditarik garis lurus yang mendekati data-data. Hasil perhitungan terhadap data penelitian didapatkan visualisasi lapisan dengan struktur dua lapis. Pada lapisan pertama biru terang dan pada lapisan kedua biru gelap, dengan kecepatan lapisan pertama (v1) = 1367 m/s dan kecepatan lapisan kedua (v2) = 2015 m/s. Berdasarkan peta geologi Bengkulu dan pengamatan di lapangan, batuan

Refrizon / Jurnal Gradien, Edisi Khusus - Januari 2009 : 30-33

penyusun pada lapisan pertama adalah pasir (sand) dan batuan penyusun pada lapisan kedua adalah batu pasir (sandstone). Kedalaman rata-rata lapisan pertama 9,2 m. Visualisasi lapisan bawah permukaan yang dihasilkan sebesar 60% artinya 20% dari kiri lapisan dan 20% dari kanan lapisan tidak digunakan.

[4] Susilawati, 2004, Seismik Refraksi (Dasar Teori dan Akuisisi Data), FMIPA Jurusan Fisika USU. http://:library.usu.ac.id/seismik+refraksi [5] Hartantyo, E., 2004, Metode Seismik Bias dan Pantul, Universitas Gajah Mada. http://www.elisa.ac.id [6]. Antony, P., 2005, Pemrograman Borland Delphi, edisi 4, Andi Yogyakarta [7] Refrizon, Suwarsono dan Yudiansyah H., 2008, Penentuan Struktur Bawah Permukaan Daerah antai Panjang Kota Bengkulu dengan Metode Seismik Refraksi, Jurnal Gradien, vol 4 No 2.

Gambar 3. Visualisasi Hasil Perhitungan Metode Hagiwara

4. Kesimpulan Penelitian dengan metode seismik refraksi di daerah Pantai Panjang ini telah dapat memvisualisasikan lapisan bawah permukaan berdasarkan metode Hagiwara. Untuk memudahkan perhitungan dan dapat dipergunakan untuk penelitian selanjutnya telah dihasilkan juga paket program berbasis Delphi. Daerah Pantai Panjang berdasarkan visualisasi dua lapis tersusun atas pasir (sand) dilapisan atas dengan kecepatan penjalaran gelombang seismik 1367 m/s. Sedangkan di bawahnya tersusun oleh lapisan batu pasir (sandstone) dengan kecepatan penjalaran gelombang seismik 2015 m/s. Berdasarkan visualisasi program dapat diketahui bentuk lapisan bawah permukaan dengan kedalaman rata-rata 9,1625 m. Batas kedalaman lapisan pertama dan kedua berkisar antara 6,5 m sampai dengan 10,94 m. Daftar Pustaka [1] Sismanto, 1999, Eksplorasi Dengan Menggunakan Sesimik Refraksi, Laboratorium Geofisika, UGM [2] Hendra, P. S., 2006, Aplikasi Pemrograman Windows Untuk Pengolahan Data Seismik Refraksi Dengan Metode Hagiwara Yang Diperbaharui, Depertemen Fisika, ITB. http ://fi.iib.itb.ac.id [3] Linus, A. P., 2006, Penafsiran Data Seiamik Bias Dangkal dengan Metode Hagiwara, Jurusan Fisika, ITB

33