Bab 7 Perambatan Gelombang Dalam Batuan

5/26/2018 Bab 7 Perambatan Gelombang Dalam Batuan

1/88

LOGO

ContentsContents

Kecepatan elastik batuan dari hasil pengamatan eksperimen

Kecepatan gelombang elastik pada magmatik dan batuan metamorf

Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak

Tinjauan Umum

Perambatan gelombang dalam Batuan

BAB 7

Perbandingan kecepatan Vp/Vs dan anisotropi elastik


2/88

LOGO

Apa itu Elastic Properties Of Rock/ Sifat elastik batuan?Elastic Properties

Of Rock

Elastic PropertiesOf Rock

Medium atau bahan yangmempunyai sifat elastis jika bahan

tersebut meregang bila dikenaistress dan kembali ke keadaansemula bila stress di hilangkan


3/88

LOGO 6.3. Kecepatan elastik batuan dari

hasil pengamatan eksperimen

6.3. Kecepatan elastik batuan dari

hasil pengamatan eksperimen

,

Tinjauan Umum

Sifat elastik dan kecepatanbatuan

Sifat mineral danunsur-unsurnya

Fraksivolume Sifat ikatan

Sifat ikatan

TemperaturTekanan

Dikontrol


4/88

LOGO

www.themegallery.com

Sifat mineral dan

unsur-unsurnya

Bentuk kristal (crystall form) : Setiap mineralakan mempunyai sifat bentuk kristalnya yang

khas, yang merupakan perwujudan kenampakanluar, yang terjadi sebagai akibat dari susunan

kristalnya didalam..

Berat Jenis (Specific Gravity) : Besarnyaditentukan oleh unsur-unsur pembentuknyaserta kepadatan dari ikatan unsur-unsur tersebutdalam susunan kristalnya..

Bidang Belahan (Fracture) : Mineralmempunyai kecenderungan untuk pecah

melalui suatu bidang yang mempunyai arahtertentu.

Warna Mineral : warna-warna yang khas yangdapat digunakan untuk mengenali adanya unsur

tertentu didalamnya.

Streak : Beberapa jenis mineral mempunyaigoresan pada bidangnya.

Kilap : kenampakan atau kualitas pantulan

cahaya dari permukaan suatu mineral.


5/88

LOGO


Fraksivolume

Porositas : perbandingan antara volume total pori-

pori batuan dengan volume total batuan per satuanvolume tertentu.

Permeabilitas : ukuran media berpori untukmeloloskan / melewatkan fluida.

Saturasi : perbandingan antara volume pori-pori

batuan yang terisi fluida formasi tertentu terhadap totalvolume pori-pori batuan yang terisi fluida atau jumlahkejenuhan fluida dalam batuan reservoir per satuan

volume pori.

Resistiviti : kemampuan dari suatu material untukmenghantarkan arus listrik.

Wettabiliti : kemampuan batuan untuk dibasahi olehfasa fluida atau kecenderungan dari suatu fluida untukmenyebar atau melekat ke permukaan batuan.

Porositas : perbandingan antara volume total pori-

pori batuan dengan volume total batuan per satuanvolume tertentu.

Permeabilitas : ukuran media berpori untukmeloloskan / melewatkan fluida.

Saturasi : perbandingan antara volume pori-pori

batuan yang terisi fluida formasi tertentu terhadap totalvolume pori-pori batuan yang terisi fluida atau jumlahkejenuhan fluida dalam batuan reservoir per satuan

volume pori.

Resistiviti : kemampuan dari suatu material untuk

menghantarkan arus listrik.

Wettabiliti : kemampuan batuan untuk dibasahi olehfasa fluida atau kecenderungan dari suatu fluida untukmenyebar atau melekat ke permukaan batuan.


6/88

LOGO


Sifat ikatanSifat ikatan

Mineral pembentuk batuan, atau Rock-formingminerals, yang merupakan penyusun utama batuan

dari kerak dan mantel Bumi. Mineral pembentuk batuan

dikelompokan menjadi empat:(1) Silikat,(2) Oksida,(3) Sulfida dan(4) Karbonat dan Sulfat.

Mineral pembentuk batuan, atau Rock-formingminerals, yang merupakan penyusun utama batuan

dari kerak dan mantel Bumi. Mineral pembentuk batuan

dikelompokan menjadi empat:(1) Silikat,(2) Oksida,(3) Sulfida dan(4) Karbonat dan Sulfat.

Kandungan-kandungan kimia yangterdapat dalam mineral, membentuk suatu

ikatan tertentu. Ikatan-ikatan tersebutadalah :

A. Ikatan Logam: elemen logammerupakan elemen yang

atom-atomnya mudahmelepaskan elektronvalensi nya.

B. Ikatan Kovalen: merupakan konfigurasi

elektron yang paling stabil

karena elektron valensi nyaterisi penuh.

C. Ikatan Ion : memilikikonfigurasi elektron yang

terdekat dengan konfigurasielektron gas mulia

D. Ikatan Van DerWaals: mempunyai gayatarik menarik yanglemah antaratomnya


7/88

LOGO


Temperatur

Pada waktu terjadi pembekuan, turunnya suhu berjalan

sangat lambat, maka terjadilah pengkristalan yang sempurnadimana ukuran kristalnya besar-besar dan kasar.

Pengkristalan yang kurang sempurna disebut berstrukturporfiris, terdiri dari feldspar, biotit, kwarsa, dan Kristal-kristalkecil yang halus disebut masa dasar (ground massa),

sedangkan kristar besar yang terdapat diantara masa dasardisebut fenokris (Kristal sulung).

Pada waktu terjadi pembekuan, turunnya suhu berjalansangat lambat, maka terjadilah pengkristalan yang sempurnadimana ukuran kristalnya besar-besar dan kasar.

Pengkristalan yang kurang sempurna disebut berstrukturporfiris, terdiri dari feldspar, biotit, kwarsa, dan Kristal-kristalkecil yang halus disebut masa dasar (ground massa),

sedangkan kristar besar yang terdapat diantara masa dasardisebut fenokris (Kristal sulung).

Tekanan

Tekanan pada batuan didefinisikan sebagai

perbedaan tekanan antara fluida yangmembasahi batuan dengan fluida yang bersifattidak membasahi batuan jika didalam batuantersebut terdapat dua atau lebih fasa fluidayang tidak bercampur dalam kondisi statis


8/88

LOGO



9/88

LOGO

www.themegallery.comKecepatan gelombang elastik pada magmatik dan batuan metamorfik


10/88

LOGO



11/88

LOGO


Pada batuan beku, kecepatan gelombang elastik dikontrol olehkomposisi mineral. Kenyataan ini diilustrasikan oleh korelasi

kecepatan gelombang longitudinal dan kandungan SiO2 pada batuanbeku dengan Quartz dikarakteristikkan sebagai kecepatan yang

rendah.

Ketergantungan kecepatan gelombang elastik terhadapdensitas dan komposisi mineral


12/88

LOGO

Gambar 6.6 menunjukkan grafik batuan magmatik danmetamorfik dari lokasi yang berbeda di Rusia, yang

dipublikasikan oleh Dortman (1976).

Korelasi antara kecepatan dan densitas dijelaskan

dengan variasi dari komposisi mineral dari batuan

yang berdampak pada kecepatan

dan densitas dalam arah yang sama.


13/88

LOGO

Gambar 6.7 merupakan hasil studi untuk nilai kecepatan dan densitas dengan

sampel dari lubang bor percontohan KTB; dengan distribusi normal kecepatangelombang longitudinal dan transversal terhadap densitas dari setiap jenisbatuan.


14/88

LOGO

sampelnya berasal dari benua Amerika Utara dan India.

Dengan harga d densitas kelipatan 103 kg m-3 dan kecepatan vp dalam km/s.

vp = a + b d

vp = 2,76 d 0,98

Rumusan Birch diaplikasikan oleh Volarovich

dan Bajuk (1977). Pengukuran batuan magmatik dengan

variasi di daerah bekas USSR (Kasakhstan),diperoleh rumusan :

vp = 2,67 d 1,08


15/88

LOGO

Pengamatan secara detail perbedaan tekanan diberikan pada tabel 6.10. Untuk sampelbatuan di Kasakhstan, Tipe A menunjukkan kecepatan vp(p) dengan tekanan p dan densitas

d0 pada tekanan atmosfer; tipe B menunjukkan kecepatan vp(p) dengan densitas d(p) padatekanan yang sama. Sedangkan pada tekanan tinggi, terdapat korelasi kuat antara tipe B

dan A.


16/88

LOGO


Marle (1978) dan Kopf (1977, 1980) juga telah menggunakan rumusanBirch untuk menganalisa data sampel magmatik dari negara Jerman

bagian Timur. Marle dan Kopf menetapkan rumusan untuk keadaandibawah tekanan atmosfer;

Contoh : batuan plutonik ; granit, diorit, gabro diberikan olehpersamaan,

vp = 3,10 d 2,98

Dan batuan vulkanik ; porfiri, keratofirit, diabas dan basalt diberikanoleh peramaan,

vp = 2,30 d 0,91

Hekel (1990) menggunakan rumusan yang linear untuk mengkonversi

kecepatan gelombang longitudinal ke densitas. Konversi tersebutdihasilkan untuk mantel pada harga densitas antara (2,5 sampai 3,5) x103 kg m-3

d =

vp = 2,61 d 1,0 0,4

Marle (1978) dan Kopf (1977, 1980) juga telah menggunakan rumusanBirch untuk menganalisa data sampel magmatik dari negara Jerman

bagian Timur. Marle dan Kopf menetapkan rumusan untuk keadaandibawah tekanan atmosfer;

Contoh : batuan plutonik ; granit, diorit, gabro diberikan olehpersamaan,

vp = 3,10 d 2,98

Dan batuan vulkanik ; porfiri, keratofirit, diabas dan basalt diberikanoleh peramaan,

vp = 2,30 d 0,91

Hekel (1990) menggunakan rumusan yang linear untuk mengkonversikecepatan gelombang longitudinal ke densitas. Konversi tersebutdihasilkan untuk mantel pada harga densitas antara (2,5 sampai 3,5) x103 kg m-3

d =

vp = 2,61 d 1,0

0,4

61,2

4,00,1 +pv


17/88

LOGO


Secara sistematis (Gebrande 1982) telah mempublikasikan hasil analisadari rumusan empirik untuk kecepatan gelombang longitudinal dantransvesal serta korelasi densitasnya yang dipaparkan pada tabel 6.11

Secara sistematis (Gebrande 1982) telah mempublikasikan hasil analisadari rumusan empirik untuk kecepatan gelombang longitudinal dantransvesal serta korelasi densitasnya yang dipaparkan pada tabel 6.11

Birch (1961) telah menunjukkan bahwa silikat dan oksid bergantung padaparameter untuk harga rata-rata massa atom mA. Korelasi persamaan untukbatuan tersebut diberikan oleh;

vp = 2,76 d 0,98 + 0,7 (21 mA)

Birch (1961) telah menunjukkan bahwa silikat dan oksid bergantung padaparameter untuk harga rata-rata massa atom mA. Korelasi persamaan untukbatuan tersebut diberikan oleh;

vp = 2,76 d 0,98 + 0,7 (21 mA)


18/88

LOGO


Gebrande (1982)menjelaskanperbandingan analisiskorelasi dengan dantanpa pengaruh massaatom rata-rata.Analisis eksperimen itudibuat dalam satu

dimensi (v vs d)

dan dua dimensi (d vsd,mA) yangdilampirkan pada tabel6.12 untuk batuanplutonik dan

metamorfik dengantekanan yang berbeda.Kecepatan lebihbanyak bergantungpada densitasdaripada massa atom

rata-rata. Kecepatangelombang geser

hampir tidakbergantung pada mAdengan harga yang

bervariasi (Gebrande,1982).


19/88

LOGO


Simmons (1964) memodifikasi Hukum Birch, untuk menentukankandungan CaO :

Vp = 2,76 d 0,98 + 0,7 (21-mA) + 4,60 CCaO

Dimana CCaO merupakan fraksi berat CaO dalam batuan.

Maghnani , dkk (1974) mengembangkan persamaan yang sama untukkompresi dan gelombang geser dalam eclogites dan granulites :

Vp = 2,58 d 0,53 + 0,7 (21-mA) + 4,60 CCaO

Vs = 1,56 d 0,63 + 0,21 (mA-21) + 0,46 CCaO

Hubungan tersebut menunjukkan lemahnya pengaruh dari massa atomterhadap kecepatan gelombang S.


20/88

LOGO

V = a.d + b + c.mA +


1

.n

i i

i

e C

=

Olevskij (1990) memberikan hubungan antara kecepatan, densitas dantotal kandungan oksida pada MgO, CaO, Na2O, K2O.

Simmons (1964), mengeneralisasikan pengaruh dari berbagai parameter

yang diberikan oleh persamaan :

Untuk batuan yang terdiri dari n komponen. Dimana d merupakandensitas; Ci merupakan fraksi berat pada komponen i ; a,b,c,e

merupakan nilai empiris.


21/88

LOGO


Dalam beberapa kasus, hubungan non-linier antara kecepatan dandensitas memberikan korelasi yang baik dengan hasil eksperimen.Christensen dan Salisbury (1975) menemukan hubungan sesuai

penelitian basalt dalam Proyek pengeboran laut dalam :

Vp = 2,33 + 0,08. d3,63

Vs = 1,33 + 0,011. d4,85

dimana tekanan untuk pengukuran adalah 0,5 bar (=50 MPa)

Dortman (1976) mengembangkan hubungan empiris untuk data dalam

gambar 6.5 :

Vp = 5,45. exp [0,5(d-2,6)] KT

Parameter KT mengekspresikan kisaran penyimpangan kecepatan yangdikendalikan secara umum oleh efek tekstur dan oleh sebab itu disebut

koefisien tekstur. Nilainya antara 0,4 0,5 km/s.

Dalam beberapa kasus, hubungan non-linier antara kecepatan dandensitas memberikan korelasi yang baik dengan hasil eksperimen.Christensen dan Salisbury (1975) menemukan hubungan sesuai

penelitian basalt dalam Proyek pengeboran laut dalam :

Vp = 2,33 + 0,08. d3,63

Vs = 1,33 + 0,011. d4,85

dimana tekanan untuk pengukuran adalah 0,5 bar (=50 MPa)

Dortman (1976) mengembangkan hubungan empiris untuk data dalamgambar 6.5 :

Vp = 5,45. exp [0,5(d-2,6)] KT

Parameter KT mengekspresikan kisaran penyimpangan kecepatan yangdikendalikan secara umum oleh efek tekstur dan oleh sebab itu disebut

koefisien tekstur. Nilainya antara 0,4 0,5 km/s.


22/88

LOGO


Ketergantungan kecepatan gelombang elastis pada porositas dan rekahan

Beberapa alasan fisika yang mempengaruhi sifat fisika batuanantaralain :Perubahan dalam ikatan antara unsur-unsur batuan atau butir-

butir mineralPengaruh pori atau patahan pengisi material dengan konstantaelastiknya (kecapatannya) rendah,

vmineral > vwater > vgas

Simmons, Todd & Baldridge (1975) menuliskan Sifat fisikabatuan efektif pada tekanan rendah dengan porositas yang

retakannya sangat kecil. Jika batuan magmatik dan metamorfterdiri dari pori-pori, patahan atau retakan, mereka memiliki

kecepatan yang lebih kecil daripada batuan yang sama padakeadaan yang tak terganggu.


23/88

LOGO


Gambar berikut menunjukkan berkurangnyakecepatan gelombang P dengan meningkatnya

porositas batuan (gabbro) dari Kuriles/Rusiapada dua tekanan yang berbeda.

Regresi linier :

Mpa1000untuk253.0227.8

Mpa10untuk227.0121.7

==

==

pv

pv

cp

cp


24/88

LOGO


Disamping porositas dan patahan, sifat isi pori juga mempengaruhikecepatan gelombang elstik pada batuan.Berdasarkan pemeriksaan quartz monzonite, King (1984) menyimpulkanbahwa sedikit kenaikan pada isi uap lembab batuan kering yang berisi

pecahan porositas cukup besar akan menghasilkan kenaikan vp dan vs yang

besar pula.

Gambar 6.10 Ketergantungan kecepatangelombang longitudinal dalam porositas retakandan ukuran grain batuan granitic pada tekanan0,001 kbar = 0,1 Mpa ; Lebedev dkk, (1974)

1- Granite, butiran halus (0,1 0,6 mm)2- Granite, butiran medium (0,5 . 1,8 mm)

3- Granite, butiran kasar (1,7 .4,8 mm)

Gambar 6.10 Ketergantungan kecepatangelombang longitudinal dalam porositas retakandan ukuran grain batuan granitic pada tekanan0,001 kbar = 0,1 Mpa ; Lebedev dkk, (1974)

1- Granite, butiran halus (0,1 0,6 mm)2- Granite, butiran medium (0,5 . 1,8 mm)

3- Granite, butiran kasar (1,7 .4,8 mm)


25/88

LOGO


Ketergantungan Kecepatan Gelombang Elastik pada Tekanan dan Temperatur

Variasi sifat fisika batuan dan mineral dipengaruhi tekanan dan temperaturmerupakan dasar penting untuk interpretasi kesesuaian data geofisika

untuk range kedalaman berbeda.

Hubungan umum untuk variasi kecepatan dengan kedalaman z(Lebedev,1975) :

Variasi sifat fisika batuan dan mineral dipengaruhi tekanan dan temperaturmerupakan dasar penting untuk interpretasi kesesuaian data geofisika

untuk range kedalaman berbeda.

Hubungan umum untuk variasi kecepatan dengan kedalaman z(Lebedev,1975) :

dz

dT

T

v

dz

dp

p

v

dz

dv

pT

+

=

Perubahan kecepatanterhadap kedalaman

(isotherm)

Perubahan kecepatanterhadap kedalaman(isotherm)

Perubahan kecepatanterhadap temperatur (isobar)

Tekanan vertikal dan gradientemperatur


26/88

LOGO


Ketergantungan kecepatan pada tekanan menunjukkan dua ciridominan:

Hubungannya non-linier, pada range tekanan yang lebih tinggi akan

memberikan kenaikan kecepatan lebih kecil daripada range tekananlebih rendah.Perubahan kecepatan selama daur loading-unloadingsecara parsialtidak dapat diubah (disebut velocity hyteresis. Fakta ini merupakansatu ungkapan untuk prilaku elastisitas non-ideal batuan alami.


27/88

LOGO

Vp maks = Nilai kecepatan maksimal arah radial pada inti

Vpmin = Nilai kecepatan minimal arah radial pada inti

Vp vertical =Nilai kecepatan arah axial pada inti

Vp maks = Nilai kecepatan maksimal arah radial pada inti

Vpmin = Nilai kecepatan minimal arah radial pada inti

Vp vertical =Nilai kecepatan arah axial pada inti


Pengaruh umum tekanan dan gejala anisotropi

Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal dantranversal sebagai fungsi dari tekanan hidrostatik

Gbr. 6.12. Kecepatan gelombang longitudinal sebagaifungsi dari tekanan hidrostatik ( pengukuran sampel int

gneiss)

1. Peridotite (Kola Peninsula)2. Olvinite (Siberia)


28/88

LOGO


Korelasi yang kuat pada perubahan kecepatan dan struktur tekstur sifat-sifatmikro pada satu sisi dengan komposisi mineralogi pada sisi lain dijelaskanoleh Lebedev, Sapoval dan Korchin (1974):

Kenaikan kecepatan dipengaruhi oleh tekanan pada range tekanan yanglebih rendah seharusnya besar pada ukuran pori bentuk mikro. Ukuran poriini meningkatkan hubungan antara batuan pembentuk mineral.Pada tekanan lebih tinggi kepadatan mendekati sempurna. Kenaikan

kecepatan seharusnya mengubah sifat elastik penyusun mineral (pengaruh

komposisi mineralogi pada prilaku di bawah tekanan.


29/88

LOGO


Gambar 6.15 Kecepatan gelombanglongitudinal fungsi tekanan unaxial,granite (California) King and Paulsson

(1981): a-sample lengkap, b-samplemicrocrack.


30/88

LOGO


Tabel 6.13. Kecepatan gelombanglongitudinal (km/s) dan porositas (%)fungsi tekanan (MPa) untuk perbedaanukuran butir granite,(Labedev dkk, 1974).

Untuk pembahasan lebih lanjut korelasi ini,kita dapat memplot (gambar 6.16 denganperubahan relatif dari kecepatan diberikanoleh :

v/vo = (vp-vo)/vo

Perubahan relatif porositas :Perubahan relatif porositas :

/o = (o- p)/o


31/88

LOGO


Gbr 6.16 Kecepatan relatif vs kecepatan porositas (data tabel 6.13)

1. Granite, butiran halus, 2- Granite, butiran medium 3- Granite, butiran kasar


32/88

LOGO


Kasus utama perubahan kecepatan suatu batuan :

Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik batuan-pembentukan mineral dan perubahan fase mineral.

Ketergantungan tekanan terhadap sifat elastik unsur pokokpori batuan dan perubahannya dari keadaan cair ke gas.Perubahan kondisi kontak pada butir batuan, batas keretakandsb, dihasilkan dari variasi efek pertemuan butiran dan bataskeretakan tersebut atau dihasilkan dari sifat ekspansi suhu yang

berbeda dari batuan-pembentuk mineral.


33/88

LOGO


6.3.3 Kecepatan Gelombang Elastik Pada BatuanSedimen

Untuk mempelajari sifat fisik batuan sedimen, ada beberapa hal yangpenting yang perlu diketahui:Variasi tipe batuan (kepadatan, kandungan garam monomineral,

rekahan , konsolidasi pori-pori batuan dan non konsolidasi sedimen. )Mempelajari sifat seismik dengan ketergantungan kompleksfitur batuan.

Untuk mempelajari sifat fisik batuan sedimen, ada beberapa hal yangpenting yang perlu diketahui:Variasi tipe batuan (kepadatan, kandungan garam monomineral,rekahan , konsolidasi pori-pori batuan dan non konsolidasi sedimen. )Mempelajari sifat seismik dengan ketergantungan kompleksfitur batuan.

Tabel 6.14 Memberikan indikasi parameter dominan yangmempengaruhi kecepatan, yakni :

Komposisi mineral matriks batuan Konsolidasi matriks batuan Porositas, bentuk pori dan isi pori Tekanan dan temperatur


34/88

LOGO


Tbel 6.14 Kecepatan Rata-ratagelombang P dan S


35/88

LOGO


Kecepatan gelombang elastik pada batuan sedimen kompak

Komposisi mineral batuan sedimen sangat berpengaruh terhadapkecepatan, hal ini terlihat pada efek yang dirditimbulkan (tergantung pada

pecahan dan komposisinya) :

Efektif untuk modulus elastis batuan

Butiran sampai pembentukan butiran, sementasi dan kondisi kontak

secara umum.

Komposisi mineral batuan sedimen sangat berpengaruh terhadapkecepatan, hal ini terlihat pada efek yang dirditimbulkan (tergantung padapecahan dan komposisinya) :

Efektif untuk modulus elastis batuan

Butiran sampai pembentukan butiran, sementasi dan kondisi kontak

secara umum.

Wyllie, Gregory dan Gadner pada Tahun 1956 menurunkan Time

average equation berdasarkan sifat kandungan dan porositas

sebagai berikut :

flmp vvv

+

=

11 vp = Kecepatan gel P pada saturasi air batuan berporivm = Kecepatan gel P matriks batuan (kecepatan matriks)vfl = Kecepatan fluida pori


36/88

LOGO


Berdasarkan Persamaan 6.4.3 secara Aritmatika danGeometri, didapatkan beberapa nilai kecepatan yangberbeda untuk Anhydrite (Kopf.1977).

Anhydrite dengan 50% limestone vp=5600m/sAnhydrite dengan 50% dolomite vp=5900m/sAnhydrite dengan 50% gypsum vp=5400m/sAnhydrite dengan 50% halite vp=4900m/s

Berdasarkan Persamaan 6.4.3 secara Aritmatika danGeometri, didapatkan beberapa nilai kecepatan yangberbeda untuk Anhydrite (Kopf.1977).

Anhydrite dengan 50% limestone vp=5600m/sAnhydrite dengan 50% dolomite vp=5900m/sAnhydrite dengan 50% gypsum vp=5400m/sAnhydrite dengan 50% halite vp=4900m/s

th ll


37/88

LOGO


Gambar 6.21 memperlihatkan

kecepatan yang dipengaruhioleh porositas untuk

gelombang longitudinal dantranversal untuk saturasi air

pada sandstone. Padatekanan 14 MPa.

Efek lain dari porositasterdapat perambatangelombang stress yangmengalami pengurangan

kecepatan.

www themegallery com


38/88

LOGO


Adapun persamaan yang lain diturunkan secara empiris oleh Raymer (1980)pada pembentukan batuan

flmp vvv +=2)1(

Nafe dan Dake (1963) dan Gadner (1974) mendapatkan hubungankecepatan gelombang longitudinal (m/s) dan densitas (g/cm3=103kg/m3)untuk saturasi batuan sedimen



39/88

LOGO


Clay mempengaruhi perubahan elastisitas untuk 4 aspek yaitu :

1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yangterbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat

dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadapmeningkatnya kandungan clay.2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yangmengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa denganbertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkankandungan caly.

3.Sifat fisik clay sangat mempengaruhi kandungan air. Dengan demikianpori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic padasaat terjadinya saturasi.

4.Clay dapat mempengaruhi distribusi dan konfigurasi colloid clay yangterdapat pada frame batuan(Murphy,

dkk 1993)

Clay mempengaruhi perubahan elastisitas untuk 4 aspek yaitu :

1.Kecepatan terhadap clay akan menurun terhadap material yangterbentuk dari kuarsa atau karbon, dengan demikian secara umum dapat

dikatakan dengan menurunnya kecepatan berpengaruh terhadapmeningkatnya kandungan clay.2.Deformablity dan Comprsibilty clay meningkat terhadap material yangmengandung kuarsa dan karbon. Hal ini mengarahkan bahwa denganbertambahnya tekanan mempengaruhi kecepatan sehingga meningkatkankandungan caly.3.Sifat fisik clay sangat mempengaruhi kandungan air. Dengan demikianpori-pori batuan yang mengandung clay mempengaruhi sifat elastic padasaat terjadinya saturasi.4.Clay dapat mempengaruhi distribusi dan konfigurasi colloid clay yangterdapat pada frame batuan

(Murphy,dkk 1993)



40/88

LOGO


Pengaruh dari aspek yang pertama dan kedua dapat dilihat padagambar 6.22



41/88

LOGO

t e ega e y co

Waktu rata-rata dapat dinyatakan sebagai berikut:

Dengan kecepatan yang dinyatakan secara linear sebagai berikut :

Dimana :

v Kecepatant waktu transitA0,A1,B0,B1 Nilai secara empiris



42/88

LOGO

g y

Dimana kecepatan dinyatakan dalam km/s (dalam s/km untuk kasusini) dan porositas dalam desimal

Selanjutnya berdasarkan nilai yang diperoleh ini diplotkan dalamgambar berikut ini



43/88

LOGO

Gambar 6.32 memperlihatkan

kecepatan vs porositas untukgelombang longitudinal dan

gelombang tranversal.



44/88

LOGO

Selanjutnya berdasarkan analisis didapatkan deviasi antara hasil

pengukuran dan nilai prediksi sangat dipengaruhi oleh kandungan clay.Sehingga didapatkan persamaan berikut ini yaitu 2 buah persamaanlinear untuk clay ( C kandungan clay)



45/88

LOGO

Berdasarkan analisa yang dilakukan dihasilkan dua

kecepatan dan waktu penjalaran gelombang p dan s. Untukpemberian tekanan yang dibatasi pada 40 MPa,dantekanan Lubang 1 Mpa didapatkan fungsi kecepatanterhadap porositas dan kandungan clay sebagai berikut:



46/88

LOGO

Marion dan Jizba (1992) melakukan investigasi di laut

utara pada batuan shaly sand dengan menggunakanpersamaan 6.53 untuk resovoir pada tekanan 35MPadidapatkan sebagai berikut :

Catatan porositas mempengaruhi kecepatan gelombang P dan kecepatan

gelombang S, Gelombang S tidak terpengaruh oleh adanya saturasi dan clay

memberikan efek terhadap kecepatan gelombang S (Marion dan Jizba 1992).


47/88

LOGO

Tiga pendapat tambahan yang mungkin bisa menjadipertimbangan yaitu :

1. Koefisien yang terdapat pada persamaan linear kecepatan-porositas yang tergantung terhadap tekanan. Persamaannon linear untuk pengaruh tekanan yang telah diturunkan olehEberhat-Philips dkk (1989).

2. Analisis terhadap kecepatan (vp,vs) sehingga didapatkan nilaiperbandingan vp/vs dan hal ini memberikan pengaruhterhadap kandungan clay, porositas, serta tekanan yangselanjutnya menjadi pertimbangan.

3. Paramater yang didaptkan dari kompresi dan kecepatangelombang geser atau nilai dari waktu perjalarannya yangselanjutnya dapat digunakan untuk menentukan porositas,secara khusus terdapat pada ekplorsi seismic.

47



48/88

LOGO

(Mehta dan Verma 1991), hubungan secara linear antara waktupenjalaran gelombang s dan p dengan porositas adalah :

Dimana :

= waktu perjalaran untuk

gelombang P dan S

= waktu penjalaranmatrix pada gelombangp dan s

= parametr empiris, yangberpengaruh terhadaplithologi

Persamaan ini

diterapkan untukbatuan limestonedan sandstones.



49/88

LOGO

Sedimen non-konsolidasi dapat dikelompokkan

menjadi dua, yaitu :Non-kohesif (pasir, batu kerikil)

Kohesif (lempung, loam/tanah liat)

Perbedaan dua kelompok diatas berdasarkan

pada kondisi fisik partikel batuan.

Kelompok pertama, kondisi dikendalikan olehefek friksi dan kelompok kedua didominasi oleh

fenomena fisika-kimia batuan



50/88

LOGO

Pada batuan

sedimen

kecepatanbergantung pada :oPorositasoTekanano Saturasi air

Tipe sedimen

dicirikan denganoperbedaan nilaikecepatano parameterbergantung

kecepatan.

Dalam hal ini

bergantung padaokomposisi mineralodistribusi ukuranbutiranobentuk butir



51/88

LOGO

Gambar 6.30a.menunjukkan korelasikurva rata-rata

kebergantungan darikecepatan terhadapporositas batuansedimen tak kompakb. korelasi antarakecepatan gelombang

longitudinal dan porositassedimen yang tersaturasiair laut



52/88

LOGO

Hubungan linier antara kecepatan gelombang transversal, densitas,porositas secara empirik :

Vp = a1 + a2.d

Vp = b1 b2.

dimana : d = densitas

= porositas

a1, a2, b1, b2 = parameter empiris

Kedua persamaan diatas equivalen dengan :

b1= a1 + a2.ds

b2 = a2. (ds-d)

OGO



53/88

LOGO

Hamilton dan Bachman (1982) memberikan korelasi

antara sedimen laut dengan 3 jenis sedimen; Shelf dan slope

Vp = 2502,0 2345.+ 140 .2

Vp = 2330,4 1257,0.D + 487,7 . D2

Abyssal hill/turbuditeVp =1564.6-59.7

Vp = 1591.5-63.4. D

Abyssal hill/pelagisVp =1410.6+117.7

Vp = 1476.7+29.7. D

LOGO



54/88

LOGO

Morgan (1969) telah mendapatkan kumpulan regresi

linear dan kuadrat untuk sedimen tersaturasi air dari LakeErie. Sebagai contoh : Relasi linear antara porositas dan kecepatan(R=0.84367)

Relasi kuadrat antara porositas dan kecepatan

(R=0.87358)

Vp = 1917-566.

Vp=2452-2269.+1428.2-9.D

LOGO



55/88

LOGO

Kecepatan gelombang longitudinal sedimen tersaturasi air laut sebagai fungsidari kandungan lempung (Gambar 6.32)

Gambar tersebut

menunjukkan contoh dimana data yang cukup

baik dijelaskan oleh

hubungan linear.Kecepatan gelombang

transversal juga menurundengan meningkatnyakandungan lempung

LOGO



56/88

LOGO

HubunganKecepatanGelombang

Pada Kandungan Air Pada batuan sedimen

tidak kompak, kontak partikel sensitiveterhadap:- Efek batas butiran- Pengaruh tegangan kapiler

LOGO



57/88

LOGO

Gambar 6.33. a. kecepatangelombang P menurun denganmeningkatnya porositas secara

linearGambar 6.33 b dan c kekentalanyang meningkat yaknikandungan karbonatnyabertambah maka kecepatangelombang shear meningkat.

LOGO



58/88

LOGO

Gambar 6.34amenunjukkan beberapa

keistimewaankecepatan padasaturasi parsial. b.

gelombang longitudinaldan transversal pasirOttawa pada tekanan

differensial1500psi,data afterDomenico (1977)

LOGO



59/88

LOGO

Kecepatan gelombang transversal menunjukkanpenurunan yang kecil dengan meningkatnya kandungan

air.

Fenomena ini dijelaskan dengan :kompresibilitas dari pori yang di dalamnya terkandung

gas dan air yang menentukkan fraksi volume pori 80%-90%. Modulus shear dari sedimen tidak dipengaruhi olehpori yang berisi jika modulus shear=0 Penurunan kecepatan yang kecil (untuk gelombanglongitudinal sekitar 90% saturasi air, untuk gelombangshear di atas harga saturasi) yang disebabkan oleh

peningkatan densitas dan peningkatan saturasi air.

LOGO



60/88

LOGO

Gambar 6.37 menunjukkanhasil ekperimen dariperambatan gelombang Pdan S.Secara vertikal danhorizontal dengan tekanan

yang meningkat, kecepatangelombang P dan S padabatuan sedimen keringmeningkat secara linear.Pada batuan sedimentersaturasi air, kecepatangelombang P tetap diatas

1000 m/s terhadap tekananyang berbeda sedangkankecepatan gelombang Smeningkat secara linearterhadap tekanan

LOGO



61/88

LOGO

Tabel 6.16. Eksponen m di kecepatan vs tekanan; Referensi : D-Domenico

(1977), H-Hunter et al (1961), S-Schon (1969,1983), Z-Zareva (1956)

LOGO



62/88

LOGO

Pada sedimen tersaturasi, kecepatan gelombanglongitudinal bernilai constant untuk kondisi tekanan rendah

pada lapisan dekat permukaan. Secara ringkas dapatdisebutkan :-kecepatan gelombang longitudinal pada sedimen kering

ditentukan oleh susunan butiran. Batuan sedimen

mempunyai susunan butiran tertentu.- Kecepatan gelombang longitudinal pada sedimentersaturasi air ditentukan oleh material pori. Batuan

sedimen mempunyai pori tertentu.- Kecepatan transversal ditentukan oleh susunan butiranpada kedua keadaan yakni keadaan kering dan tersaturasiair.

LOGO



63/88

Gambar 6.38.Kombinasi kecepatan

vs. tekanan;Gambar 6.39,

kecepatan gelombang

sedimen sebagai fungsitekanan untuk sedimen

kering denganbeberapa perbedaan

bentuk butiran 1. Glasssphere, 2. Sand, 3.

Quartzite

LOGO



64/88

Tabel 6.17. Relasi kecepatan-kedalaman untuk sedimen tersaturasi air

laut after Hamilton, 1976 (kecepatan dalam m/s; kedalaman z dalam m)

LOGO



65/88

Tabel 6.17 menunjukkan hubungan kecepatan dan kedalaman padasedimen laut tersaturasi air. Kecepatan-tekanan atau kecepatan-kedalaman bergantung sedimen kohesif dan non kohesif dengabentuk persamaan (6.81). Pernyataan dari Dominico (1977),perbandingan kecepatan-tekanan dan kecepatan-kedalaman

bergantung pada kenaikan kecepatan gelombang kompres termasukkedalaman sedimen yang mengendap dalam kolam (kedalamansebanding dengan penurunan tekanan) dengan angka yang sangatrendah daripada pengukuran kecepatan dalam pasir. Hal ini

diakibatkan oleh kenaikan sementasi yang cepat yang sesuaipenurunan porositas dengan kedalaman pada dapur pasir alam

LOGO

Beberapa pernyataan tentang rasio kecepatan-rasio Vp/Vsdan anisotropi


66/88

Hasil eksperimen

Kemajuan Teknologi

Rasio

S

P

v

v

kec. Gel trans darikec. Gel trans dari

eksplorasi seismiceksplorasi seismic& well logging& well logging

kec. Gelkec. Gelombangombang longlongitudinalitudinal

parameter-parameter

untuk menentukankarakteristik batuan

Han, Nur & Morgan (1986) mencatat bahwa penggabunganatau kombinasi kecepatan dan rasio kecepatan merupakan alat

yang memudahkan pemisahan litologi yang dapat dipercaya.

LOGO Pv


67/88

Rasio Rasio Sv

menurunnyakekuatan

mekanik dan

kekompakkan,porositas

dan rekahan semakinmeningkat

menurunnyakekuatan

mekanik dan

kekompakkan,porositas

dan rekahan semakinmeningkat

LOGO


68/88

Rasio baik eksperimenmaupun empiris akan

memberikan informasi:

Rasio baik eksperimenmaupun empiris akan

memberikan informasi:

S

P

v

v

Rasio Vp/Vs

litologi, facieslitologi, facies

kandungan pori, khususkandungan pori, khusustentang gastentang gas

sifatsifat--sifat mekaniksifat mekanik

LOGO


69/88

Tabel 6.18 Nilai-nilai rata-rata , formasi

Fruitland Cretaceous (coal bed), Cedar HillField, New Mexico (Blott, 1993)

Tabel 6.18 Nilai-nilai rata-rata , formasi

Fruitland Cretaceous (coal bed), Cedar HillField, New Mexico (Blott, 1993)

SaturationSaturation FracturingFracturing

Dry saturationDry saturation Patahan kecil atau tak adaPatahan kecil atau tak ada

patahanpatahan

1.811.81

Patahan sangat/ besarPatahan sangat/ besar 1.911.91

Brine saturatedBrine saturated Patahan kecil atau tak adaPatahan kecil atau tak ada

patahanpatahan1.981.98

Patahan sangat/ besarPatahan sangat/ besar 2.402.40

S

P

v

v

S

P

v

v

Rasio Vp/Vs

LOGO

Perbedaan yang sangat jelas adalah rasio untuk saturasi gas dan saturasiair (atau yang mengandung minyak) dan batuan-batuan berpori ini sangat


70/88

indikatorlitologi,dengan

menggunakan

perubahanwaktutp dan ts,

yangberbanding

terbalik dengankecepatan

indikatorlitologi,dengan

menggunakanperubahan

waktutp dan ts,

yangberbanding

terbalik dengankecepatan

Rasio Vp/Vs

( y g g g y ) p g

penting dan praktis untuk eksplorasi hidrokarbon.

LOGO


71/88

36.116.1 += SP v

07.126.1 += SP v

R = 0.97

Rasio Vp/Vs

Untuk batuan Lumpur (batuan sedimenyang mengandung silikat klastik dan

saturasi air dengan penyusun utama claydan partikel seukuran silt), Castagna,Batzle & Eastwood (1985) hubunganantara pengukuran sonic in-situ danpengukuran seismic lapanga

LOGO


72/88

Rasio Vp/Vs

LOGO

Rasio Vp/Vs


73/88

Cv

v

S

P 43.056.055.1 ++=R = 0.7

Cv

v

v

v

dryS

P

saturatedS

P 47.036.0018.0 ++=

LOGO

Rasio Vp/Vs

kecepatan gelombang geser bergantung pada sifatpembungkus/kerangka dan tidak dipengaruhi oleh sifat fluida pori dan

kecepatan gelombang geser bergantung pada sifatpembungkus/kerangka dan tidak dipengaruhi oleh sifat fluida pori dan


74/88

SHP vba +=

bv

a

v

v

SHSH

P+

=

4.1+

=

SHSH

P

v

a

v

v

27.014 = zv

v

S

PParameter empiris a, b adalah

Kontribusi fluida pori

Untuk batuan kompak akan b mendekati1.4

pembungkus/kerangka dan tidak dipengaruhi oleh sifat fluida pori, dan

kecepatan gelombang mampat bergantung pada sifat-sifat kerangka(ditunjukkan dengan kecepatan gelombang geser) dan sifat-sifat fluidapori, relasi sederhana yang dihasilkan.

pembungkus/kerangka dan tidak dipengaruhi oleh sifat fluida pori, dan

kecepatan gelombang mampat bergantung pada sifat-sifat kerangka(ditunjukkan dengan kecepatan gelombang geser) dan sifat-sifat fluidapori, relasi sederhana yang dihasilkan.

LOGO

Anisotropi Kecepatan gelombang elastic

Anisotropi Kecepatan gelombang elastic


75/88

Anisotropi Kecepatan gelombang elasticAnisotropi Kecepatan gelombang elastic

Secara sederhana diartikan ketergantungan kecepatan terhadaparahnya.Crampin & Lovell (1991) membuat daftar 5 kemungkinan sumberdari anisotropik seismik :

Susunan kristalTekanan langsung anisotropi terinduksiAnisotropi litologi (contohnya : susunan butir)Anisotropi struktur (contohnya : perlapisan fine)Tekanan yang meluruskan rekahan- anisotropi terinduksi

LOGO


76/88

Gambar 6.45. Gambaran stereograpi dari penyelidikan anisotropimenggunakan sampel bola (granodiorite after Pros (1977), isolines

menunjukkan kecepatan gelombang longitudinal dalam km/stekanan 300MPa (koefisien anisotropi = 0.044)tekanan 0.1 MPa (koefisien anisotropi = 0.36)

LOGO


77/88

koefisien anisotropi

rasio anisotropi

min

minmax

v

vv

Av

=

1min

max*+== vv A

v

vA

LOGO


78/88

LOGO


79/88

Pori pori rekahan kosong dari sampel

Tekanan dan kondisi saturasi yang berbeda

Penyebab perbedaan VSP dengan Pengukuran laboratorium

LOGO


80/88

LOGO Dari table 6.21Dari table 6.21


81/88

Ukuran butir (mm) Nama butir

> 256 Boulder (bongkah)

64 256 Cobble (berangkal)4 64 Pebble (kerakal)

2 4 Granule (kerikil)

1/16 2 Sand (pasir)

1/256 1/16 Silt (lanau)

< 1/256 Clay (lempung

(Soetoto, 2001)

Diantara batuan metamorf dan magmatik yang ada dalam dalam tablel6.21,gneiss dan schist memiliki nilai yang tertinggi.Untuk Batuan sedimen, anisotropinya meningkat dari batupasir kebatulempung dan shale.

LOGO


82/88

Anisotropi tidak bergantung pada tekanan

Penurunan anisotropi karena mengecilnya retakan

Figure 6.46. Anisotropy coefficient versus hydrostatic pressure and temperature

for longitudinal (left) and transverse (right) wave velocity, after data from Bajukand Tedev (1978); 1 schist 2, 3 gneisses.

LOGO


83/88

%100%100(%) min

minmax

vAAnisotropi =

=

LOGO


84/88

Table 6.22. Crack and textural anisotropy of

samples from the KTB pilot borehole, after Zang

et al., (1989)

Tipe batuanTipe batuan nnAnisotropy (%)Anisotropy (%)

TotalTotal CrackCrack TexturalTextural

AmphiboliteAmphibolite 44 1010 7.87.8 2.22.2

GneissGneiss 99 3333 2323 1010

LamprophyreLamprophyre 22 ~4.8~4.8 ~4~4 ~0.8~0.8MarbleMarble 11 77 ~7~7 00

LOGO


85/88

LOGO

Menurut Crampin dan Lovell(1991) aplikasi potensial


86/88

gelombang geser : pemahaman geometri fluida

termasuk campurannya aplikasi pada produksi

hidrokarbon dan pada bidangindustri lainnya (yaitulokalisasi retakan bawahpermukaan, estimasi

orientasi stress kompresionalmaksimum dan retakan-retakan hidraulik)

beberapa aplikasi spekulatif

(sebagai monitoring stressmenjelang gempa danledakan batuan)

dll

LOGO

Beberapa aplikasi tambahan yang dijabarkan dalam prosiding yang sama untuk

k l bih l j


87/88

aspek yang yang lebih lanjut:

aplikasi yang hubungan dengan eksperimen batuan panas dan kering

(oleh Crampin, 1988; Crampin dan Booth, 1989)

Peramalan arah patahan termasuk pembahasan laporan singkat sertateknik aplikasinya (Yale & Sprunt, 1989)

Pengamatan-pengamatan pemisahan gelombang geser akibat

kegagalan induksi stress besar (Graham & Crampin, 1991)

Korelasi antara geser bifrigerence, arah permeabilitas dan patahan-patahan batuan (Xu & King, 1989)

Variasi koefisien refleksi dengan strike retakan dan densitas dalam

media anisotropi (li & Crampin, 1992)

Kajian-kajian pemisahan gelombang geser untuk perambatan-perambatan tektonik (Mjelde, 1991)

LOGOUntuk sedimenUntuk sedimen

5051

2*2*

PS AA


88/88

Tipe SedimenTipe Sedimen aa bb RR

CalcareousCalcareous 0.1740.174 0.8870.887 0.980.98

Silt, claySilt, clay 0.3930.393 0.7400.740 0.930.93SiliceousSiliceous 0.2220.222 0.8550.855 0.920.92

MarlMarl 0.2590.259 0.8320.832 0.960.96

SandSand 0.2480.248 0.8540.854 0.960.96

5.05.1 = PS AA

hPVP bva ,, +=

ba 52.153.1 =

( )52.153.1 ,, += hPVP vb

Bab 7 Perambatan Gelombang Dalam Batuan

Documents