Eksplorasi Geofisika

Eksplorasi GeofisikaMetode Ground Penetrating Radar (GPR)Oleh:Wilda Dzuriati (21100112130058)Anindya Estiandari (21100112140084)Sherly Monalisa Silitonga (21100112130056)Siti Rofikoh (21100112130018)Muhammad Irfa Udin (21100112130061)AN Fadly (21100112130065)Brilliananta Radix (21100112140093)Muhammad Dzulfikri Firdaus (21100112140030)

Jurusan Teknik GeologiFakultas TeknikUniversitas DiponegoroGambaran Awal Eksplorasi GeofisikaKondisi bawah permukaan bumiRasa ingin tahu, kebutuhanEksplorasi GeofisikaHasilNegatifPositifEksplorasi Lanjutan

Metode geofisika sering digunakan dalam eksplorasi endapan bahan galian. Metode ini tergolong kepada metoda tidak langsung, dengan meneliti parameter-parameter fisika yang dimiliki oleh batuan sebagai sumber data awal, dan sering digunakan pada tahapan eksplorasi pendahuluan (reconnaissance), mendahului kegiatan-kegiatan eksplorasi intensif lainnya.3Tahapan-tahapan pekerjaan yang umum digunakan dalam metoda geofisika adalah :Survei pendahuluan (penentuan lintasan)Pemancangan (penandataan titik-titik ukur) dalam areal targetPengukuran lapanganPembuatan peta-peta geofisikaPenarikan garis-garis isoanomaliPenggambaran profileInterpretasi anomali (Anonim1, 2010 )

Metode Ground Penetrating Radar (GPR)

Salah satu metode eksplorasi geofisika yaitu metode Ground Penetrating Radar (GPR).Metode ground penetrating radar atau georadar merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan menggunakan gelombang radio dengan frekuensi antara 1-1000 MHz. Georadar menggunakan gelombang elektromagnet dan memanfaatkan sifat radiasinya yang memperlihatkan refleksi seperti pada metode seismik refleksi.Pengukuran dengan menggunakan GPR ini merupakan metode yang tepat untuk mendeteksi benda benda kecil yang berada di dekat permukaan bumi (0,1-100 meter) dengan resolusi yang tinggi yang artinya konstanta dielektriknya menjadi rendah.

5Ada 3 jenis pengukuran dalam metode GPR ini, antara lain :Refleksi, disebut Continuous Reflection Profiling (CRP)Pengukuran velocity Sounding disebut Common Mid Point (CMP) untuk mementukan kecepatan versus kedalamanTransiluminasi, disebut juga GPR Tomografi

Teori DasarGPR terdiri atas :Pembangkit sinyalAntena transmitterReceiver

Mode monostatik antena transmitter dan receiver digabung dalam satu antenaMode bistatik keduanya punya jarak pemisah

7

8Fenomena elektromagnetik dapat dijelaskan dengan persamaan Maxwell. Persamaan ini terdiri dari 4 persamaan medan dan untuk tiap-tiap persamaan merupakan hubungan antara medan dengan distribusi sumber yang bersangkutan.

Persamaan yang menghubungkan sifat fisik medium dengan medan yang timbul pada medium tersebut dapat dinyatakan dengan :

Keterangan :H = intensitas medan magnet (ampere/m)D = perpindahan listrik (coulomb/m2) = permitivitas listrik (farad/m) = konduktivitas (1/ohm-m)J = rapat arus (ampere/m2)E = medan listrik (volt/m

Untuk menyederhanakan masalah, sifat fisik medium diasumsikan tidak bervariasi terhadap waktu dan posisi (homogen isotropi).

10

Keterangan :R = koefisien refleksiV1 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 1V2 = cepat rambat geombang elektromagnet pada lapisan 2 , dan V1 < V21 dan 2 = konstanta dielektrik relatif lapisan 1 dan lapisan 2

Keberhasilan dari metoda GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang tertransmisikan dan terefleksikan. Refleksi yang ditimbulkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik timbul akibat adanya perbedaan antara konstanta dielektrik relatif antara lapisan yang berbatasan. Perbandingan energi yang direfleksikan disebut koefisien refleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnet dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari media yang berdekatan. Hal ini dapat terlihat pada persamaan di atas

11Jejak yang terdapat pada rekaman georadar merupakan konvolusi (perubahan) dari koefisien refleksi dan impulse georadar ditunjukkan oleh persamaan :

Keterangan :r(t) = koefisien refleksiA(t) = amplitudo rekaman georadarF(t) = impulse radarn(t) = noise radar

Persamaan tersebut diaplikasikan untuk keadaan normal pada permukaan bidang datar. Dengan asumsi tidak ada sinyal yang hilang sehubungan dengan amplitudo sinyal.

12Besar amplitudo rekaman georadar r(t) akan tampak pada penampang rekaman georadar berupa variasi warna.Pada proses kembali ke receiver, ada kemungkinan hilangnya energi elektromagnetik. Hal ini bisa disebabkan oleh hal-hal berikut :AbsorbsiPenurunan nilai fungsi kompleks dari sifat listrik dan dielektrika media yang dilalui sinyal radar. Penurunan nilai atau atenuasi () tergantung pada :konduktifitas ()permeabilitas magnetik ()permitivitas () dari media yang dilalui oleh sinyalfrekuensi dari sinyal itu sendiri (2f).

Absorpsi terjadi 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.

13Prinsip Kerja GPRPrinsip kerja alat GPR yaitu dengan mentransmisikan gelombang radar (Radio Detection and Ranging) ke dalam medium target dan selanjutnya gelombang tersebut dipantulkan kembali ke permukaan dan diterima oleh alat penerima radar (receiver), dari hasil refleksi itulah berbagai macam objek dapat terdeteksi dan terekam dalam radargram. Mekanisme kerja GPR dan contoh rekaman radargram ditunjukan oleh gambar berikut :

Contoh Radargram

Untuk mendeteksi suatu objek diperlukan perbedaan parameter kelistrikan dari medium yang dilewati gelombang radar. Perbedaan parameter kelistrikan itu antara lain :permitivitas listrikKonduktivitaspermeabilitas magnetik.

Sifat elektromagnetik suatu material bergantung pada komposisi dan kandungan air didalamnya, dimana keduanya merupakan pengaruh utama pada perambatan kecepatan gelombang radar dan atenuasi gelombang elektromagnetik dalam material. Reynold dalam bukunya An Introduction to Applied and Evironmental Geophysics, menyatakan bahwa kecepatan gelombang radar dalam suatu medium tergantung pada kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c = 0.3 m/ns), konstanta dielektrik relatif medium (r) dan permeabilitas magnetic relatif (r).

18Skin depth (adalah kedalaman dimana sinyal telah berkurang menjadi 1/e (yaitu Hubungan antara konstanta dielektrik dan cepat rambat gelombang radar dapat dilihat pada tabel berikut. Untuk material geologi, berada pada range 1-30, sehingga range jarak cepat rambat gelombang menjadi besar yaitu sekitar 0.03 sampai 0.175 m/ns (Reynolds, 1997).

Konstanta dielektrik relatif dan cepat rambat gelombang elektromagnetik untuk material geologi (McCann et al, 1988)MaterialConductivity(mhos per meter)Relative dielectric permitivityAir01Pure Water10-4 to 3 10-281Sea Water481Freash-water ice10-34Sand (dry)10-7 to 10-34 to 6Sand (saturated)10-4 to 10-230Silt (saturated)10-3 to 10-210Clay (saturated)10-1 to 18 to 12Sandstone (wet)4 10-26Shale (wet)10-17Limestone (dry)10-77Limestone (wet)2.5 10-28Basalt (wet10-28Granite (dry)10-45Granite (wet)10-37

Aplikasi Metode GPRMendeteksi pipa, kabel, dan produk buatan manusia lainnya yang ada di bawah permukaan tanahMendeteksi rongga bawah tanahInvestigasi sedimen dan struktur tanahMendeteksi Struktur Geologi bawah permukaanSurvei keadaan jalan (ketebalan aspal, pondasi)Analisis bangunan (retakan pada pondasi)

Kelebihan dan Kekurangan Metode Ground Penetrating Radar (GPR)KelebihanKekuranganBiaya operasional lebih murahtidak bisa melakukan penetrasi / deteksi sedalam gelombang bunyi.Resolusi yang sangat tinggi karena menggunakan frekuensi tinggi (broadband atauwideband)Kemampuan radar hanya puluhan meter (kurang lebih 100 meter)Pengoperasian yang cukup mudahAntena GPR umum hanya untuk durasi pulsa tertentuMerupakan metodanon destructive sehingga aman digunakan.