PEMETAAN SUNGAI BAWAH PERMUKAAN DI WILAYAH KARS SEROPAN GUNUNGKIDUL DENGAN MENGGUNAKAN METODA GEOFISIKA VLF-EM-vGRAD

WAHYU SUGENG MULIYOTONRP 1105 100 009

JURUSAN FISIKAFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010

OUTLINE

Pendahuluan Teori Dasar Metodologi Analisa dan Pembahasan Kesimpulan

Pendahuluan

4

Sinyal VLF berasal dari medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi sangat rendah (15-30 kHz), yang biasa digunakan untuk keperluan navigasi kapal selam.

Medan yang diukur oleh alat VLF adalah total perbandingan antara medan elektromagnetik primer dan sekunder.

Aplikasi utama metode VLF : eksplorasi mineral dan pemetaaan hidrogeologi

Perkembangan Metode VLF

5

Contoh: Pemetaan tubuh mineral marmer dan kalsit di Nigeriaoleh Adebayo Aina dan W.O. Emofurieta (1990), pendeteksiandrum yang terkubur didaerah pasir yang dilakukan oleh S. Tyagidan A.E. LORD, Jr(1982), dan pemetaan pencemaran air padadaerah berpenduduk yang dilakukan oleh F.A. Monteiro Santos(2005)

Interpretasi data biasanya dilakukan secara kualitatif (Fraserdan Karous-Hjelt ) dan pada perkembangan selanjutnya secarakuantitatif (F.A. Monteiro Santos)

Bosch dan Müller (2001) mengembangkan metode VLFdengan memvariasikan ketinggian pada satu titik pengukuran (VLF-EM-vGRAD(Hy)), yang diaplikasikan untuk monitoringakuifer daerah kars dengan menggunakan sinyal kontinyu.

Sedangkan metoda VLF-EM-vGrad tidak menggunakan sinyalkontinyu dan pengukuran secara serentak, namun secarasimultan dalam selang waktu tertentu dikembangkan oleh Bahri(2008).

Latar Belakang Sebaran aliran sungai bawah permukaan di daerah kars

sangat sulit untuk dipetakan, baik secara langsung maupun dengan pengukuran geofisika diatas permukaan.

Sebaran aliran sungai bawah permukaan di daerah kars Seropan Gunungkidul belum terpetakan dengan baik.

Teknik VLF-EM biasa (konvensional) kurang dapat memperlihatkan posisi anomali akibat benda konduktif bawah permukaan dengan jelas karena pengolahan dan interpretasi data VLF-EM biasanya dilakukan hanya secara kualitatif .

Batasan Permasalahan Pengambilan data dilakukan di daerah kars Seropan

Gunungkidul. Metode yang digunakan adalah VLF-EM-vGrad dan data

yang didapatkan adalah (inphase, quadrature, tilt-angle, dan total-field).

Pemrosesan data menggunakan bahasa komputasi MATLAB 7.0.3 dan Inv2DVLF.

Interpretasi dilakukan secara komprehensif dari hasil pemrosesan (filter Fraser dan Karous-Hjelt dalam dua posisi dan data dari inversi VLF-EM-vGrad) serta dikontrol dengan data GPS

Tujuan Mendapatkan respon VLF-EM akibat sungai bawah

permukaan dari pemodelan.

Melakukan hasil interpretasi pada VLF-EM-vGrad dari data (inphase, quadrature, tilt-angle, dan total-field)untuk pemetaan aliran sungai bawah permukaan di daerah kars Seropan yang diinterpretasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif.

Perumusan Masalah

Bagaimana memetakan sungai bawah permukaan daerah kars Seropan Gunungkidul baik secara kualitatif maupun kuantitatif dengan menggunakan metoda VLF-EM-vGrad

Tinjauan Pustaka

Struktur KarsDi kawasan kars banyak dijumpai sungai bawah permukaan dan goa, Aliran air dari permukaan masuk ke rongga lalu berkumpul diatas lapisan water table, selanjutnya air mengalir membentuk sistem sungai bawah permukaan

Hukum Maxwel

qDB

tBEtDJH

=•∇=•∇

∂−∂=×∇∂∂+=×∇

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).

Fase dan Polarisasi

Hubungan amplitudo dan fase gelombang

P dan gelombang S

Polarisasi elips Pada bidang elektromagnetik

cosinphase R α=

sinquadrature R α=

_total field R=

12

2( / ) cos1/ 2 tan1 ( / )

z x

z x

H HH H

φα − ∆= ± −

Prinsip Dasar Vlf

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

15

Prinsip Dasar Vlf

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

16

)( ϕωω −+=

+=ti

Sti

PR

SPR

eHeHHHHH

+

=

Sz

SyPy

Rz

Ry

HHH

HH

0

0

00

)()(

))(())((

12

12

zHzHHzHHzHHH

SySyRy

SyPySyPyRy

−=∆

+−+=∆

)(zfH Py ≠

VLF-EM VLF-EM-vGRAD

Perbedaan VLF-EM dan VLF-EM-vGRAD

17

Koreksi Moving Average

NW

SW

18

Filter Fraser)()( 132 +++ +−+= nnnnn MMMMF

Data observasi

Data terfilterFraser

Keadaan sebenarnya

19

Dasar PemodelanUntuk menggambarkan gelombang bidang dan medan elektromagnetik harmonik, dapat diungkapkan dengan menggunakan persamaan Maxwell :

1 1y yy

H Hi E

x x z zωµσ

σ σ∂ ∂ ∂ ∂

+ = ∂ ∂ ∂ ∂

2 2

2 2 2 2y y

y

E Ei E

x zωµσ

∂ ∂+ =

∂ ∂

Penentuan komponen medan, untuk polarisasi medan listrik (polarisasi-E) , dan untuk polarisasi medan magnetik (polarisasi-H) dapat ditentukkan dengan

1 yx

EH

i zωµ∂

=∂

1 yz

EH

i xωµ∂

= −∂

1 yx

HE

zσ∂

= −∂

1 yx

HE

xσ∂

=∂

20

Nilai resistivitas semu dan fase untuk polarisasi-E dan polarisasi-H dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

21 y

ax

EH

ρωµ

=1 ( / )

tan( / )

y x

y x

imag E Hreal E H

φ −

=

Bagian real dan imaginer dari fungsi transfer magnetik pada VLF dapat dihitung dengan rumus:

Re 100%z

x

HrealH

= ⋅

Im 100%z

x

HimagH

= ⋅

Inverse Modelling : proses untuk mencari model resistivitas bumi dari perilaku medan VLF yang diobservasi.

21

Pemodelan yang dilakukan adalah inverse modelling

Tujuan: mendapatkan Respon VLF-EM-vGrad terukur, sekaligus membantu interpretasi suatu anomali yang disebabkan oleh sungai bawah permukaan.

Program yang digunakan : inversiInv2DVLF yang dibuat oleh Fernando A. Monteiro Santos dari Universitas Lisboa(Portugal) dirilis pertama kali November 2007.

Pemodelan (Bahri, 2008)

22

Alur Penggunaan Program “Inv2DVLF”

23Ketinggian pengukuran (m)

Posisi benda dalam jarak x (m)

24

Respon VLF-EM-vGRAD akibat sungai bawah permukaan:

Inphase, Total-field, Tilt-angle +

Quadrature-

∴

Ketinggian pengukuran (m)

Posisi benda dalam jarak x (m)

25

Model Aliran Sungai Bawah Permukaan

Peta aliran sungai bawah permukaan

Profil kedalaman sungai bawah permukaan yang dilewati Lintasan VLF

Respon VLF terukur hasil dari forward modelling

26

Model Resistivitas

Respon Observasi Respon Kalkulasi

Hasil inversi dengan menggunakan Inv2DVLF dari respon VLF akibat model aliran sungai bawah permukaan

Metodologi

Kajian Literatur

Pengambilan Data

Pengolahan Data

Interpretasi Hasil danPembahasan

Kesimpulan

Parameter Akuisisi DataNo Parameter Keterangan1 Total area pengukuran 5 area2 Total lintasan 13 lintasan3 Panjang lintasan

Lintasan 1,2,3,4 dan 5 600 meter

Lintasan 6 1035 meter

Lintasan 7,8,9,10,11 dan12

405 meter

Lintasan 13 960 meter4 Spasi 15 meter5 Total pengukuran tiap titik 2 (posisi berdiri dan duduk)6 Data yang didapat In phase, quadrature,

total field, tilt angle

Akuisisi data1. Menentukan posisi dengan GPS

2. Penentuan stasiun pemancar VLF NWC (North WestCape)Australia.

3. Penentuan garis survei dan jarak antara setiap titikpengukuran.

4. Pengukuran dilakukan dalam dua posisi (duduk danberdiri sekitar 1 m perbedaan ketinggian)

Diagram Alir Pengolahan data

Analisa dan Pembahasan

Tampilan dari VLF EM vGrad

Kesimpulan

1. Nilai Fraser VLF-EM-vGrad akan bernilai positif untuk jenis data: inphase, total-field, dan tilt-angle, dan akan bernilai negatif untuk data quadrature.

2. Sungai bawah tanah Seropan menyebar dari utara ke selatan dan terdiri dari beberapa sungai bawah tanah dengan kedalaman berkisar 40-200 meter.

3. Metode VLF-EM-vGrad dapat memetakan lokasi sungai bawah permukaan secara horizontal.

4. Hasil inversi 2D Resistivity in-phase dan kuadratur dapat digunakan untuk menentukan posisi sungai bawah tanah (lateral dan kedalaman) serta bentuknya.

Saran

Untuk penelitian selanjutnya disarankan dilakukan analisis dengan metoda geofisika lainnya (misal metoda magnetik) atau melakukan penelusuran gua secara langsung agar penggambaran kondisi bawah permukaan semakin akurat