Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 1 BEBERAPA
HUBUNGAN ANTARA VARIASI SIFAT FISIK BATUAN Makalah ini dibuat untuk
memenuhi tugas mata Fisika Batuan Dosen Pengampu : Prof. Dr.
Sismanto, M.Si Disusun Oleh: Sudra Irawan(11/323010/PPA/03603)
Natalius Simanullang(11/323333/PPA/03638) PROGRAM STUDI S2 ILMU
FISIKA BIDANG MINAT GEOFISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2012 Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 2 DAFTAR ISI DAFTAR ISI
..........................................................................................................
1 BAB I. TINJAUAN UMUM
.............................................................................
2 BAB II.HUBUNGAN ANTARA SIFAT-SIFAT YANG DITENTUKAN DENGAN METODE
GEOFISIKA .................................................... 3
A.Hubungan Berdasarkan Teori Fisika Zat Padat
............................ 3 B.Model Volumetrik - Suatu Sistem
Persamaan Linier untukKomposisi Batuan dan Penentuan Porositas
................................. 6 C.Model Sederhana untuk Patahan
Retakan Batuan ........................ 15 D.Model dengan Variabel
Struktur Internal ..................................... 16 BAB
III.HUBUNGAN ANTAR SIFAT YANG DITENTUKAN DENGAN METODE GEOFISIKA
DAN SIFAT GEOTEKNIK .................... 19 A.Pendahuluan
..................................................................................
19 B.Sifat Frakture yang Diperoleh dari Pengukruan
Seismik.............. 20 C.Modulus Statik dan Dinamis
.........................................................
22D.Korelasi Antara Sifat-sifat Geofisika dan KekuatanSifat-sifat
Batuan
..........................................................................
29 1.Sifat Kekuatan Batuan
............................................................ 29
2.Korelasi
...................................................................................
33 3.Model yang Disarankan
.......................................................... 37 BAB
IV. KESIMPULAN
....................................................................................
43 DAFTAR
PUSTAKA...........................................................................................
44 Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 3 BAB I
TINJAUAN UMUM
Dasarfisikuntukadanyahubunganantarasifatfisikyangbervariasiantara
kecepatan dan elastisitas, gelombang dan konduktivitas panas
diberikan oleh: 1.Hubungan antara sifat kandungan khusus batuan
(sifat elastisitas dan panas dari mineral).
2.Hubunganparameteryangdipertimbangkandenganjumlah
parameterinvariant seperti porositas, komposisi batuan dan
sebagainya.
Pengetahuandaribeberapahubunganinimerupakandasaruntukmemasuki
interpretasidatageofisik.Dalamaplikasinyata,kitadapatmembedakanduatipe
hubungan:
1.Hubunganantarasifatditentukanolehmetodegeofisik(kecepatangelombang
elastikdankonduktifitaspanasbatuan)termasukpengaruhkomposisibatuan
ataulithologidanporositas.Dalamkebanyakankasus,hubungandan
logaritmanyadigunakandalampengukuranparametermelaluimetodenuklear
(variasi persilangan bagian, porositas
neutron).2.Hubunganantarapenentuansifatmenggunakanmetodegeofisikdansifatfisik
lainnya (sifat geoteknikal, permeabilitas hidrolik). Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 4 BAB II HUBUNGAN ANTARA
SIFAT-SIFAT YANG DITENTUKAN DENGAN METODE GEOFISIKA A.Hubungan
Berdasarkan Teori Fisika Zat Padat Pada bab 6.3 persamaan 6.23,
Birch Empiris, membahas hubungan antara kecepatan gelombang seismik
dan densitas. Hubungan antara sifat elastis dan densitas juga
ditunjukan oleh Anderson (1967) disederhanakan dari persamaan
seismik (seismic equation of state): d = a mA.n (10.1) Dimana d:
densitas, mA: massa atom rata-rata, n pada orde 1/4- 1/3dan
dihubungkan denga konstanta Grneisen, : parameter seismik. = vp2
4/3.vs2 = Kad/d(10.2) Gambar 10.1 menunjukkan data 31 jenis mineral
dan batuan yang diplot nilai ln(d/mA) versus ln . Garis tebal
adalah akar terkecil sesuai dengan persamaan 10.1. d/mA = 0.048
0.323 0.12(10.3) dimana densitas dalam gr/cm3 dan kecepatan dalam
km/s. Teori Debye dari kisi-kisi dinamik (lattice dynamics)
memberikan hubungan antara konduktivitas termal , panas jenis c,
densitas d dan kecepatan suara rata-rata vm. ~ c.d.vm (10.3)
dimana, 3/vm3= 1/vp3 +2/vs3 (10.5)
Demikanhubunganditetapkandarifisikapadat(solidstatephysics)yang
dikombinasikanataudimodifikasidenganhubunganempiris.Horaidan
Simmons (1969, 1970) mengembangkan hubungan antara kecepatan
gelombang Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 5
kompresidangeser(shear)dengankonduktivitastermaldidasarkanatasdata
eksperimen dengan persamaan linier: vp = (405.0 47.7) + (5930.0
170) (10.6) vs = (214.8 47.7) + (3310.0 160) (10.7) dengan vp, vs
dalam m/s dan dalam W m-1K-1 Berdasarkan persamaan 6.30, hukum
Birch dan persamaan 8.7 persamaan umum termasuk pengaruh massa atom
rata-rata, maka: vp = a1 + b1(mA) (10.6) vs = a2 + b2(mA) (10.7)
RybachdanBuntebarth(1982,1984)menurunkanvariasihubunganantaradensitas,
kecepatangelombangkompresi,danpenurunanpanas(heatgeneration)didasarkan
padamodelionmineral.Merekamulaimendiskusikankomposisikimia(danmassa
atomrata-rata)sendiriyangtidakcukupuntukmenjelaskansusunanmineral.
Demikian, aspek struktur densitas pembungkus/kulit/penutup harus
dipertimbangkan. Jumlah aspek-aspek ini, fraksi kation yang ada
dalam struktur mineral rupanya tidak riil
(appropriate).FraksikationdapatdidefinisikanolehcationpackingindexK,yang
adalahperbandingandaribilangankationpermolarvolume,dinormalkandengan
bilangan avogadro. K dapat ditentukan dari analisis modal bagian
tipis sample batuan (rioloit/gtranit hingga komposisi ultra basa)
pada table 10.1. d = 1.27 + 28.3 . K dengan koefisien korelasi r =
0.982(10.10) Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 6
vp = 1.58 + 84.1 . K dengan koefisien korelasi r = 0.933(10.11) ln
A = 12.20 230.5 . K dengan koefisien korelasi r = 0.935 (10.12)
Hubunganantaradensitas,kecepatangelombangkompresi(diukurpada50 Mpa)
dan penurunan panas adalah:d = 0.74 + 0.34 . vp (10.13) ln A = 16.5
2.74 . vp (10.14) ln A = 22.5 8.15 . d (10.15)
Korelasiterbaikuntukmineraldanbatuansebgaimaterialpadatdibawah
kondisikerak(crust)lebihdalamdandaribagiandalambumi.Untukbatuan
alam di bagian atas kerak bumi, efek hancuran, pecahan, pori-pori,
kontak grain
(butiran)danlain-lain,mendominasipengaruhsifatfisika;batuantidakdapat
dianggap tak tergangguoleh kerusakan material padat. Karena itu
model-model yang lain harus digunakan dengan memasukkan efek
kerusakan tersebut.
B.ModelVolumetrik-SuatuSistemPersamaanLinieruntukKomposisi Batuan
dan Penentuan Porositas Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat
Fisik Batuan 7
Modelvolumetricdapatdimulaidalammenghubungkannyadengan
definisidanpembahasandensitaspadabab3.Densitasbatuanberpori
(persamaan 3.4) adalah: d = (1 -|).dm + |.dfluid (10.16) Atau
biasanya untuk batuan dengan n komponen: ==nii id V
d1.==niiV11(10.17)
DimanaViadalahvolumefraksi,didensitaskomponenke-i.Persamaanini
menunjukkanbahwanilaiefekdensitasbatuantidakambiguditentukanoleh
densitas masing-masing komponen dan volume fraksi
masing-masing.Dalamformulasiumum,nilaiefektifsifatfisikdiberikanolehjumlahan
perkalian antara sifat X dengan volume fraksi V masing-masing
komponen: ==nii iX V X1.==niiV11(10.17)
Hubunganinidanmodelvolumetricvaliduntukseluruhsifatscalar(contoh,
densitas,profilnuklir).Penerapanvaraiasisifat,berbentukpersamaanlinier
sistim (system of linier equation), yang mana adalah bagian dasar
dari algoritma dan strategi interpretasi beberapa log.
Dalampenambahandensitasdiperolehdenganpengukurandensitas
gamma-gamma-densitas porositas neutron |N (sebagai sifat skalar
kedua) juga digunakan kedua bentuk sistim ini dari persamaan
linier: ==nii GG i GGd V d1,.(10.19) == unii N i NH V1,.(10.20)
dGG:densitasyangdiukurdenganinstrumengamma-gamma.Jikainstrumen
dikalibrasidenganmenggunakansuatumaterialdenganperbandingannomor
atom (Z) denga massa atom (A) yaitu Z/A = 0.5, maka hubungan antara
densitas gamma-gamma dGG dan densitas massa d, didefinisikan oleh
persamaan: ( )( )effeffGGA Z dA Zd d . . 25 . 0. = =(10.21)
Dimana(Z/A)effadalahperbandinganefektifrata-ratabatuan.Tabel10.2
memperlihatkan nilai rata-rata beberapa batuan. Beberapa Hubungan
Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 8
|N:porositasneutron.Instrumenneutron-neutron(atauneutron-gamma)
membacamenurunperlahandanbersifatmenangkapneutronpadabatuan.
Hidrogenjarangtinggi,profilnyamenurunperlahanuntukneutron.Komponen-komponendengankandunganhydrogentinggi(air,minyak)mempunyaiefek
dominanpadapengukuranini.Instrumen-instrumenneutronkarena
memantulkanporositasliquid-fileddalamformasibersih.Pengaruhkomponen
gas(dengankonsentrasihidrogenrelatifrendahditentukanolehliquid)dan
mineral-mineralsebagianadalahkecil.Jikamineralberisihodrogenatauair
dalam kisi-kisi kristal atau mempunyai bound water maka, keadaan
ini dengan
carayangsamapadafluxneutronsebagaiairbebasdalampori-pori.Halini
disebabkan oleh efek neutron dari gypsum dan lempung. Efek neutron
dari komponen-komponen batuan digambarkan olehindeks
hidrogenH.UntukairmurniHfreshwater=1,olehkalibrasiinstrumen.Seluruh
material yang lain berhubungan dengan nilai referensi ini. Maka
indeks hidrogen
beberapamaterialadalahsebandingdenganairmurnidengnrespekterhadap
responneutron.Dalampraktek,instrumenneutronbiasanyadikalibrasipada
batugampingberporiyangdijenuhkanolehairmurni.Dengankalibrasiini,
indeks hidrogen dari kalsit adalah nol.
Tabel10.2memperlihatkanbeberapanilairata-rata,untuklempung
bernilairelatiftinggipadalapisandalamdanbatasair.Gipsumtidakmberpori
bernilaitinggiyangdihasilkanolehhydrogendalamkisi-kisikristal.Untukair
tanpa NaCl (atau ion lain) menempati ruang dan karena itu
menurunkan densitas dan indeks hydrogen (Table 10.3). Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 9 Hsolution = 1 -
0.4.CNaCl (10.22)
Dimana:CNaCladalahkonsentrasidalamppm,padatemperatur750F=240C
(Schlumberger, 1989).
Dalammemperkirakanindekshidrogendarihidrokarboncair(minyak
bumi)olehDaveton,1986,Schlumberger,1989.Untukpengukuranrelatifdari
konten hidrogen pada air adalah: 9116 222 2 2*O H O H O Hd d H =+=
(10.23) Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 10
Berat atom hydrogen dan karbon rata-rata 1 dan 12. Untuk
hodrokarbon dengan rumus n(CH2) adalah: 722 1 22) ( ) (*) (2 2 2H C
n H C n CH nd d H =+= (10.24) Indeks hidrogen dari hidrokarbon: ) (
) (* *) (*) (2 2 2 2 2. 286 . 179/H C n H C n O CH CH n CH nd d H H
H = = = (10.25)
Densitasminyak0.85,makaindekshidrogen1.09.Persamaan20.25untuk
hidrokarbonlebihberat(nlebihbesar).Untukhidrokarboncerah(light)adalah
>0.25 persamaan H~2.2.d (Schlumberger, 1989).
Indeksuntukhidrokarbongasbergantungkomposisigas,tekanandan
temperatur. Beberapa contoh pada Tabel 1003. Porositas neutron |N
untuk suatu poro-pori, sebagian batuan jenuh adalah: |N = |. Hfluid
+ (1 - |).Hmatriks (10.26) |:
porositassebenarnyapersamaan2.1,Hmatriks:indekshydrogenmatriks,Hfluid:
indekshodrogenporifluida.Untukgasdanairperbandingan(bearing)batuan,
Hfluid adalah: Hfluid = Hw.Sw + Hgas (1 Sw) ~ Sw (10.27)
Modelvolumetrikinidanhubunganpersamaanlinierdigunakansebagaidasar
variasimetodeinterpretasiloguntukmemperkirakanporositasdanjenisbatuan
(litologi)Seringkalisoniklogdanparameternya,waktupindahAttermasukdengan
waktu liniear berhubungan rata-rata (Bab 6.4.3.1) adalah: At = (1 -
|) Atma + | Atfluid(10.28) atau bentuk umum untuk n komponen:
Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 11 At= =Aniti
Vi1. (10.29)
Walaupunaplikasibiasadanimbuhanwakturata-rataharusdisampaikan
pendapat bahwa sifat elastik (seismik) sebagai sifat tensorial
tidak dpt diketahui
secarasesakmengikutimodelvolumentriksederhanadengantidak
mempertimbangkandistribusiruangkomponen-komponennya,bondingdan
sebagainya (Bab 6.4). Termasuk dalam metode inteprestasi yang
disempurnakan.
Teknikyangdigambarkanscrdetaildalamteksbookwelllogging(serta1984,
Jordendancampbell,1984,Ellis,1987,HearstdanNelson,1985)dan
manualnya (Schlumberger, 1989, Western Atlas, 1992).Mengikutijenis
utama teknik, didasarkan pada model volumetrik:
a.Litologi,atauidentifikasimatrikdanpenentuanporositasmenggunakan
dua sifat terkukur
(logs)Contohpadagambar10.3grafiksonicneutrondihitungdengansifat
padatabel10.4.Tigamonomineralsatuanberpori(dijenuhkanair)adalahke3
garislurusdengansuatuskalaporositasyanglinear.Bahan-bahanutama
(kuarsa, kalsit, dolomit, dan air) ditentukan padatitik terakhir
pada ujunggaris, penerapan praktis, biasanya: -Bagian kini
(porositas di bawah 0,3) diplot dan -Kurva-kurva modifikasi
empiris.
Beberapakumpulanterukurdaritraveltimesonicdanporositasneutron
berhubungandengansatutitikpadacrossplotdanmenentukanjenisbatuandan
porsitas. Tanda bintang pada gb. 10.3 adalah suatu contoh (batu
gamping dengan porositas |=0,10). Beberapa Hubungan Antara Variasi
Sifat Fisik Batuan 12
b.Litologiatauidentifikasimatriksdanpenentuanporositasmenggunakan
padatan dari tiga sifat log
terukurKetigalogporositas(sonik,neutrondandensitas)bermanfaat,crossplot
similton3dimensimenyatakanketiganya.Kesukaandanpemakaiandemikian
dari suatu plot dihindarkan dengan mengeplotM-N (Schlumberger) oleh
Burke dkk91969)dbgpenyelesaiancerdikuntukproblem3Diniyangdikurangi
menjadi 2D dengan mengeliminir satu yang tidak diketahui (Deveton,
1960).Burke et. Al (1969) mendefinisikan M dan N. M kombinasi sifat
sonik dan
densitas,Nkombinasineutrondandensitasperhitunganselanjutnyapada
matrik-matriks yang diketahui dan sifat fluida, yaitu: M = n GG m
GGm nd dt tA A,.100 (10.30) N = n GG m GGm n, d , dH H (10.31)
Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 13
MenggunakannilaimatriksdanFlorida(contohtabel1.3)porositasbebas
parameter M dan N dapat dihitung untuk berbagai jenis matriks dan
diplot pada gambar 10.4. Versi kedua parameter digunakan untuk
interpretasiM = n GG GG, d dt tn.100 (10.32) N = n GG GGm n, d dH u
(10.33)
DimanaAt,dGG,|Nadalahnilaiterukur.Penentuanposisiinidarititikprofil
nilai terukur atau pemotongan dalam M N plot terukur danmemberikan
suatu litologi tertentu.Dapat diperlihatkan bahwa keduapasangan
persamaan (10.30,
10.31)dan(10.32,10.33)samadenganmenyisipkanpersamaanresponliniear
(10,16, 10,26, 10-28) ke (10.30), dan
(10.31).Denganmengikutilangkahini,porositasdapatdihitungberdasarkanpada
jenismatriksdanhubungansifatmatriks.PasangandataM,Nantarahukum
matrikyangdihitungpadaM-Nplot,direpresentasikansebagaipenyusun
matriks (composit matrik) Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat
Fisik Batuan 14
c.Penyelesaiannumerikdarisistempersamaandalampenentuanlitologi dan
porositas
LangkahutamamengikutigambaranterbaikolehDeveon(1986)darifilosofi
metode ini, fisika dan matematika dengan metode aljabar
matrik.Untuk batuan berpori yang jenuh air dengan penyusunmatriks,
terdiri dari Kalsit (c), dolomit (D), dan kuarsa atau chert (Q),
masing-masing padatabel 10.4 adalahdGG = 2.71 Vc + 2.87 VD + 2.65
VQ + 1.00 | (10.34) |N = 0.00 Vc + 0.02 Vb 0,02 VQ + 1.00 | (10.35)
At= 156 Vc + 143 VD + 180VQ + 620 | (10.36) Dan persamaan
kesetimbangan volum adalah1 = VC + VD + VQ + | (10.37) Dimana VC,
VD, dan VQadalahfraksi volumd ari komponen mineral, sistem dari
empat pers liniear dapat ditulis sebagai persamaan matrik(((((
u1tdNGG=(((((
00 . 1 00 . 1 00 . 1 00 . 1620 180 143 15600 . 1 02 . 0 02 . 0
00 . 000 . 1 65 . 2 87 . 2 71 . 2 (((((
uQDCVVV(10.38) M = RV(10.39) Dimana M adalah matrik sifat
terukur, R matrik respon dan V matrik respon, dan V matrik fraksi
volum dengan: V = R-1 M (10.40) R-1 = Inver matrik koefisien pada
kasus ini persamaan matriks yang diperkuat adalah : Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 15 (((((
uQDCVVV = (((((
651 . 0 0004 . 0 70 . 0 05 . 078 . 20 0445 . 0 91 . 11 11 . 503
. 24 0216 . 0 02 . 3 63 . 774 . 45 0665 . 0 19 . 8 68 . 12(((((
u1tdNGG (10.41)Sistim dapat ditentukan jika : Jumlahlog = jumlah
komponen 1 Penggunaan teknik ini, komposisi beberapa bagian profil
dapat diperoleh dengan
perkalianawalvektorkolomdarilogyangterbacadanyangsatuolehinvers
matrikkoefisien(Doveton,1986).Dariduadasarinidiperoleharahyang
penting: 1.Termasuk sifat penambahan dan hubungan persamaan
liniear.Sifat-sifatiniditentukanolehtekniknuklir.Langkahpertamaadalah
mengukurprofilfotolistrik.Profilfotolistrikdikontrololehinteraksisinar
gamma (gamma ray) dengan material pada level energi rendah, dimana
efek fotolistrik berada. Instrumen berdasarkan pada respon dan
tinggi (z = nomor
atom)yangdapatdigunakanuntukmenentukanbatuan.Profilfotolistrik
digambarkanolehparameterPe(dalambarn/elektron)atauU(dalam barn/cm3)
pas liniear untuk U adalah U = =nii iU V1.10.42 Tabel 10.2 adalah
beberapa nilai rata-rata U (barit bernilai tiga). Metode lain
didasarkanpadatkenikvariasispektoraldenganpemilihanelemen.Sistem
persamaanberhubungandenganlainsatulog.Geokimia(Schlumberger),
sehinggadapatditerapkanuntukmenentukankomposisimineraldariprofil
KTB (Draxter,
1990).2.Pertimbangandarikasussistemunderterminan(tidakditentukan):(jumlah
log < (jumlah komponen - 1) dan kasus sistem overdeterminan:
(jumlah log)
>(jumlahkomponen1).Dalammemilih,sistemdterminandiselesaikan
dengan kriteria eror minimum dari penyelesaian akhir sebagai
kemungkinan Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 16
jawabanterbaik(detaillihatDoverton,1986).Langkahpertama,seluruh
teknikinimenghendakisuatubentukmodel.Termasukpemilihanbentuk
(formation),responinstrumendankendalafisika.Quireinet.al,1986
melengkapisuatukerangkakerjakoherenuntukmengembangkanbanyak model
dalam mengevaluasi formasi. C.Model Sederhana untuk Patahan Tetakan
Batuan Padabab6.4.3.4dibahsamodelsederhanapatahanbatuanuntuk
menghitungkecepatanGelombangElastisdanditerapkanpadasifatpadaBab.
8.4.2.3 diperoleh hubungan: Kecepatan v = (1 D ) . vm (10.43)
Konduktivitas = (1 D). m(10.44)
DimanaDadalahefekkerusakanretakankecil(microcraek)patahandll.Pada
kedua pers, indek m adalah bahan matrik padat yang tidak
patah.Penerapandarimodelyangsamapadakeduasifatmemberikan
kemungkinanuntukmenurunkanhubunganantarakeduanyahubunganbagian
model(connectivitymodelpart)adalahkerusakanparameterD(defect
parameter D). 2 2mvmv = (10.45) atau 22). ( vmvm== Av.v2 (10.46)
artinyaadalahsebagaihubungankerusakanpadabatuanyangpatah,
perbandinganyangsamaantaraproduktivitastermalsebandingdengandan
kuadrat kecl. Gelombang Elastik ~v2 (10.47) Beberapa Hubungan
Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 17 ) (2mvvmA = dikontrol oleh
sifat
matriks.Gambar10.5memperlihatkansuatucontohplotbilogaritmikkonduktivitas
termalBkecepatan.Pers.10.46garis-garislurussejajardenganslop2dan
parameterkurvaAx.beberapaAvuntukbeberapamacammineraldibagianatassumbuaxis.Dataeksperimenuntukgenis,sekis,melaphinedanbasal
disusun pada dua kelompok, yaitu: Av = 0.09-0.13 = genis dan filit,
rata-rata Av ~ 0.1 Av = 0.04-0.06 = basal dan melapir, rata-rata Av
~ 0.045
NilaiAvuntukgenisdanfilitcondongkekomponenterhadapmineralasam
(kwarsa),sedangkanbasaldanmelapiscondongkekomponenmineralbasa.
Pendekatan pertama, dua persamaan sebagai korelasi antara
konduktivitas termal dengan kecepatan Gelombang Elastik. Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 18 ~ 0,1 v2untuk genis
dan filit ~ 0,045 v2untuk basal dan maladhire.D.Model Dengan
Variabel Struktur Internal Pada hal. 6.48 model dengan variabel
struktur internal ditunjukkan dengan sudut struktur. Dari model
tersebut diterapkan variasi sifat-sifat: elastik, termal,
danlistrik.Hubunganpersamaanmemperlihatkanarsitekturyangsamauntuk
menghitung makroproperty (keseluruhan, model atau
batuan).Mackroproperty = f (microproperties, volume fraksi,
struktur, banding.)
Dalamhubunganumumini,sifat-sifatmikro(contohkonduktivitastermal
batuan), hal ini juga betul untuk sifat bonding.Tetapi volume dan
struktur fraksi
danselalumempunyaisifat-sifatyangsamaantaralain,elastik,listrik,termal
dansifat-sifatfisiksetelahnya.Karenaituvolumedanstrukturfraksiperan
sebagai joint connection (penghubung) antara berbagai macam sifat
fisik
batuan.Haldiatasbergunauntukmenggunakanparametertidakberdimensi
(dinormalkan)untukmemperolehkorelasiutamasifat-sifattediridari
microproperty of dominant influence yaitu:-Untuk kecepatan
gelombang elastik, kecepatan material matrik padat (vm)-Untuk
konduktivitas batuan, konduktivitas mat matrik padat (m)-Untuk
konduktivitas batuan elektrik, konduktivitas pori-pori air (ow =
-1w) dinormalkan dalam fraktur fromasi. Beberapa Hubungan Antara
Variasi Sifat Fisik Batuan 19 Gambar 10.6 memperlihatkan contoh
plot kecepatan Yang dinormalkan (bandingkan dengan Bab
6.4.8).vP,norm = 213333) , ( .1||.|
\|((
f SGo|(10.48).Vesus kondiktivitas termal yang dinormalkan3, norm
= ||.|
\|s3 (10.49)
Kecepatannomal,padakasusiniadalahgelombanglongitudinal
(bertambahsecaravertikal)padabatuankeporikering.Termasukdalamnya
efekprositas,strukturinternal,dansifatbanding,besarnilaikecepatan
Sebenarnyauntukbatuanadalahperkaliandengansuatufaktortermasuksifat
matriks.Konduktivitastermalnormalisasiadalahkonduktivitasbatuan(atau
model) dibagi dengan konduktivitas material matrik
padat.Plotkurvamemperlihatkansuatujaringandariduamacamkurva.(1)
porositas,(2)struktursebagaiparameter.Iniberartibahwabeberapakorelasi
antara kecamatan dan konduktivitas termal dikontrol oleh:
-Parasitas dan struktur internal (jaringan parameter)-Kontak atau
sifat banting (f=4 dan e/s = 0,5)-Brain dan sifat geometri puri
(jaringan dihitung untuk og/ op = 0,5) -Sifat matriks (faktor
netralisasi) Pada contoh di atas jaringan ini digunakan untuk
suatuanalisis of experimental results. Beberapa Hubungan Antara
Variasi Sifat Fisik Batuan 20 Gambar 10.7. adalah kurva kecepatan
versus konduktivitas termal dengan faktor empiris: vp = (4.700
m/s). vp, norm, = 2 (W/mK) 3,norm Relatif rendah untuk s=2 (W/mK)
disebabkan oleh lempung (clay).
Dataeksperimendisusundalamjaringandandlmprossprosityrongesrange
porsitas.Penyebarandatadapatdiintepretasisebagaikombinasipengaruh
perubahanporistasdanstruktur.Setiaptitikpengukurandapatdihitungdengan
persamaan pada bab 8.45 dengan p = air dan menggunakan perseamaan
Biot Geerstamasmithuntukmenghitungkecepatanpadabatuanyangjenuhair
(dihitung dari kecepatan batuan kering) Beberapa Hubungan Antara
Variasi Sifat Fisik Batuan 21 Gambar 10.8adalah contoh pada kasus
ini. Konduktivtas termal dan kecepatan Gel longitudinal ditentukan
pada core (pusat) batuan sedimen lemah dari lubang
bordiDanauSurich,Swiss.Perhitungankurvamemberikansuatupendekatan
yang baik dan memperlihatkan bahwa struktur sedimen relatif konstan
(o = 600) tetapi porositas berubah cukup signifikan (karena tekanan
maksimum).Dalamperbandingancarayangsama,dapatjugadihitunguntukkonduktuivitas
termal vs faktor formasi dan faktor formasi vs kecepatan. Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 22
Gambar10.9sebagaicontohkorelasiantarakondisitermalvs.faktorformasi.
Suatunetworkkurvadenganporsitaskonstandankurvadengansudutstruktur
konstanjugaadapadakasusini.Pengiridanditerapkanpadadataeksperimen
padabatupasirCambrioandengankandungankuarsarelatiftinggi(69-87%).
PenyebarandatadapatdiinterpretasisebagaivariasiporositasdanHongatinggi
untuk s = 5,4 W/mK yang disebabkan oleh kandungan kuarsa.
Seluruhperhitungandidasarkanpadamodelstrukturpadanormalisasi
krosplot.Merupakanjaringan2kurva,(1)porositas,(2)sudutstruktur.Halini
berarti bahwa korelasi dikontrol oleh: -Prositas dan struktur
internal (parameter jaringan) -Kontak atau sifat banding
-Graindansifatgeometripori-pori,dansifatmatriksebagaifaktor
normalisasi. Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 23
BAB III HUBUNGAN ANTAR SIFAT YANG DITENTUKAN DENGAN METODEGEOFISIKA
DAN SIFAT GEOTEKNIK A.Pendahuluan
Salahsatuarahpengembangandalampenerapanmetodegeofisikaantara lain
dipusatkan pada problem geotekik sebagaiaplikasi, ada 2 pertanyaan
besar yaitu: -Struktur atau arsitektur di bawah permukaan tanah
(batas di bawah, patahan dll). -Sifat-sifat/ bentuk
permukaan.Dengan memperhatikan sifat-sifat di atas, kita dapat
membedakan antara: -Gambaran umum atau klasifikasi batuan yang
berhubungan dengan aktivitas geotektonik (contoh, jenis batuan,
derajat patahan, densitas, dll).
-Penentuanlangsungsifat-sifatgeoteknik(modulusdeformasi,sifat
kekuatan).
Dalamprakteknyakombinasimetodegeofisikadangeotekniksangatpenting.
Modulbawahpermukaandalambentukfisikdapatdiperolehdenganmetode
geofisika.Diperbolehkanmendefinisikan11potonganbawahpermukaan
mohogen. Maka bagian dapat dipilih untuksecara detail karakteristik
geoteknik (di lokasi atau dengan sampel di laboratorium).
Luasanpengukurangeofisikaataupeluangnyamemberikaninformasi
bernilaitentangperubahansifatnya.Pengamatanterhadapobyekyangsama
dalamwaktuyangberbedadapatmerubahsinyalberbedadarikkeuatansifat
atau dalam kasus penelitian lingkungan
hidup.Korelasigeofisikadapatmenentukansifat-sifat(misalkecepatan
Resistiviti)dansifat-sifatgeokimia(misalmodulusdeformasi)dapat
dihubungkan dengan problem yang sama dan didasarkan pada prinsip
yang sama sebagai korelasi sebagai korelasi antara berbagai sifat
geofisika:-Sifat-sifatdariperbedaanfisik,sebagaicontoh,tidakadahubunganantara
kecepatan gel elastik dan kekuatan material batuan.
-Keduakelompoksifatbergantungkpdbeberapajointinfluencing
parametersparositasataupecahan.Atasdasarinimaka,korelasiantara
jenis batuan diperoleh dengan baik. Beberapa Hubungan Antara
Variasi Sifat Fisik Batuan 24 Dalam bagian ini 3 problem yang akan
dibahas:-Karakteristi pecahan (features) batuan-Hubungan antara
statistik dan penentuan dinamik sifat elastis.B.Sifat Frakture yang
Diperoleh dari Pengukruan Seismik
Hubunganfrakture/retakandanpecahan(cracks)dalampenurunangel
seismik(Bab6),teoridasarfenomenainidibahasBab6.4(untukpenerapan
kekuatanpengaruhretakanpadakecepatanGelelastikdigunakanuntuk
mengukuranretakan.Koefisienretakan%dapatditentukanolehhubungan
waktu rata-rata akturef solidv ,v ,v+=1 1(10.50) frecture
solidsolidv vv v, = (10.51)
vkecepatanadabatuan,vsolid:kecepatanpadamaterialmatrikspadatdan
tidak retak. vfracture: kecepatan dari retakan yang terisi fleida.
Pengukuran defect (kerusakan) sebagai pendidikan pada bab8 64.34
dengan D sehingga parameter defect/ kerusakan.Parameter ini
merupakan parameter utama retakan yang berpengaruh pada parameter
geofisika(kecepatan, waktu perambahan). Korelasi dengan parameter
sulitdgunakandalampraktekgeoteknik,parameterdemikianadalahfrekuensi
kejadian atau jumlah atau retakan per panjang (atau parameter) dan
indeks yang
menunjukkankualtiasbatuan(rockqualitydesignationIndeksRQD).Indeks
RQDmenggambarkanpersentaseintibatuandalamsetiapdrillrun(pemboran)
lebihdari4inchi(10.16cm)terhadapkeberadaandiskontimiti,dikoninue
beberaparetakanmekanikataupatahanyangdiberikanpadatabel10.5
(Carmichael, 1959). Kajian detail korelasi antara parameter indeks
RQD, jumlahretakan per meter, dan kecepatan Gelombanglongitudinal
di daerah magmadan
metamorfikscandinaviadipublistasolehSjogrenetal(1979).Tabel10.5b
adalah nilai rata-rata3 parameter. Beberapa Hubungan Antara Variasi
Sifat Fisik Batuan 25 Gambar 10.10a dan 10.10b memperlihatkan
pentingnya ketergantungan ke
vppadakeduasifatgeoteknik.Padagambar10.9c,parameterdrackpermeter
dibandingkandengandefectparameterD,padaBab6.4.3.4terukurkecepatan
(tabel 10.4) dimana dikonversi ke nilai D, dimana kecepatan
Material padat yang
tidakletakdiasumsikanvm=6000m/s.KorelasiantaraDdanlogC(jumlah crack
per meter) D = 0.70 log C 0,123 (10.52)
Jamscikov.et.al(1985)danSavicet.al(1969)menerapkanpengukuran
kecepatanUntukkarakteristikretakanbatuan.Hubunganantarakecepatan
GelombangElastikdanCjugaditemukanIdziak(1981)untukbatuansedimen
(gamping,dolomit)dUppersilesian,CoalBasin,PolandiaNilaiCantara3-11
crack per meter. Data eksperimen dicocokkan dengan persamaan
regresi:vrock =vm (1 + a.Cm)-1 (10.54) Untuk kecepatan gelombang
kompresional atau longitudinal adalah:vp = 770 (1 + 0.252 C.3/2)-1
(10.54) Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 26
Untuk Kecepatanepatan Gelombang shear (geser) atau transversal
adalah: vs = 4260 (1 + 0.245 C.3/2)-1 (10.55)
King.et.al(1986)jugamelaporkanpengukuranseismikuntukkarakteristik
batuanyangdipatahkan(columnarjointed)dibahasefekansiotropipada
kecepatan. C.Modulus Statik dan DinamisPada Bab 6 (sifat elastis),
pendahuluan modulus elastis, yang dihubungkan
dengankecepatanepatanGelombangombangElastikdenganpers.Yang Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 27
diturunkandariteorielastisitasklasik.Untukmediumhomogenisotrop(bandingkan
dengan pers. 6.5. 6.10). 21) 1 )( 2 1 (1.((
+ =o o ovdEp(10.56) 2121) 1 ( 21.((
+=((
=oo vdEdp(10.57) Daripersamaan di atas, parameter elastis
(modulus young), M (modulus geser/
shear)dano(poissonrasio)menunjukkanhubunganuntukdiketahuiatau
pembgian densitas batuan (d) yang ditentukan (contoh, oleh
instrumen gamma-gamma densitas) o = ) 1 ( 22 O O(10.58) Dimana:
(vp/vs)2 = vs2.d (10.59) E = ((
+oo o1) 1 )( 2 - (1.d. 2P(10.60)
Parameterelastikyanglaindapatjugadiperolehdaritabel6.2..Dapat
ditentukandenganseismikataupengukuranultrasonikpadafrekuensi10Hz
hinggaMHz.penentuaninidengansuatupengukurandinamik(dynamic
measurement).Pengukurandinamikberbedadarimetodetesgeoteknik.
Pengukuran ini didasarkan pada keadaan statik atau quasistatik
loading (muatan qualisistatik) dan pengukuran deformasi sebagai
fungsi tekanan (hukum Hooke).
HubungannonlinearantarastressdanstrainmenurutHkHookdalambentuk
diferensial untuk modulus young adalah: E(p) =c ddp(10.61)
Dimanamodulusitusendiriadalahfungsitekanan.Dalamketeknikan,
sifatdefromasidigambarkanolehsuatuangkamoduli(McCannandEntwisle,
1992).
a.Tanganmodulus,diukurdaritingkatanstresyaitubeberapafixedpersen
dari batas kekuatan (50% dari kuat uniaxial). Beberapa Hubungan
Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 28 b.Modulus rata-rata,
ditentukan dari rata-rata slope kurva stress strain.
c.Secaramodulus,diperolehdarigradiengarishubungoriginkebeberapa
persenfixeddaribatasunixaialkuatkompresipadakurvastresstrain 950%0.
Batuan alam memperlihatkan fenomena deformasi histerisis ada dan
tidak ada perbedaan pada deformasi non elasitk. Modulus ditentukan
frekuensi teknik statik yang disebut moduslus statik (penentuan
secara statis dari moduli penting
untukbeberapaperhitungandalamgeoteknik,mekanikatanahdanproblem
dasar. Hal ini dilakukan secara khusus pada berbagai disiplinilmu.
Pengukuran
statistermasukdeformasinonelastik(misal:kekentalan),maupundeformasi
elastik.Padaumumnya,statispenentuanmoduluslebihrendahdaridinamis
batuan riil. Hanya untuk materialelastis kedua moduli adalah sama.
Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 29
HubunganantaramodulusstatisdandinamisdipelajariolehOnodera (1963)
Simmons and Brace (1965), Langer (1965), Linovski and Stotzner,
1976 Cheng and Johnston (1981), Mc. Cann (1968, 1986), Jizba and
Nur (1990) et.al. Mereka memperoleh hubungan sebagai berikut:
1.Modulus statis lebih kecil dari modulus dinamik
2.Bertambahnyaperbedaandenganpematahandanporositassangattinggi
terjadi pada batuan yang tidak kuat. 3.Perbedaan berkurang dengan
bertambahnya pembatasan stres.
Kecenderunganinipadagambar10.11untuknilairendahdarimodulus
(ditunjukanolehbatuanyangtidakkuatataupatahan),diperlihatkanperbedana
yang besar. Untuk modulus bernilai tinggi indikator untuk batuan
kompak yang
tidakterganggu)perbedaannyakecil.Haldiatasmemberikanbeberapa
persamana contoh pada kedua modulus pada batuan beku, batuan
sedimen yang
tidakkuatdanbatuanlemahlainnya.Gambar10.12memperlihatkanprediksi
trend dari gambar 10.11 dengan data eksperimen. Korelasi kuat
antara rasio moduli dinamik dan statis (pada kasus ini adalah
modulusbulk)dantekananpadasalahsatubagiandanporositascrakpada
bagianlaindipelajariolehChengdanJohnston(1981)untukberbagaijenis
batuan(batupasir,navajo,danBerea,GranitBarat,AmmoniaTanksTuff).
Rasiobertambahdenganbertambahnyaporositascrack.Kerusakancenderung
mempengaruhi deformasi seluruh contoh baguan selama pengukuran
statis lebih dari karakteristik perambatan gelombang ultrasonik
selama pengukuran dinamis. Penutup crak dengan bertambahnya tekanan
akan menurunkan rasio.Gambar 10.13 menyimpulkan pengukuran pada
granit mikroline: -Kedua moduli berkurang dengan bertambahnya
prositas crack, tetapi modulus statis lebih kuat menurun daripada
modulus dinamis.-Karena itu rasio Edyn/Estat bertambah dengan
bertambahnya porositas
crak-Kekompakanrelatif(patahanlemah)mempunyaimoduliyangtinggidan
rasio Edyn/Estat rendah tetapi batuan yang mempunyai moduli rendah
dan rasio Edyn/Estat tinggi (d) Estat vs Edyn diplot pada gambar
10.13c. Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 30
Kurvamenunjukkankorelasilinearsebagaipendekatnapertamadengandata
yangcukup sesuai dimanaE dalam GPa, Koefisien regresi
0,98.gambar1013 d
adalahhubunganliniearempirisyangditurunkanolehKing(1983)dari
pengukuran 152 sampel batuan beku dan metamorf di Kanada.Estat =
1.263 Edin 29,5 (10.63) Koefisien regersi 0.094. Dari persamaan
10.62 diperoleh rasio: statstatdynEEE. 52 . 8 88 . 0 + = (10.64)
McCanndanEntwisle(1992)jugamenggunakanregresiliniear.Modulus
dinamikditentukanmenggunakanlogakustikbentukgelombangpenuh,
modulusstatikditentukandarisampeldilaboratorium.Datadansampel
diperoleh dari beberapa lubang bor di Inggris, batu granit jaman
jurasik.Untuk seluruh sampel diperoleh Beberapa Hubungan Antara
Variasi Sifat Fisik Batuan 31 Estat = 0.69 Edin + 6.40 (10.65)
Koefisien korelasi0,75 kurva logaritma dengan data yang sama
diperoleh Log Estat = 1,749 log Edin 1.075 (10.66) Koefisien
Korelasi =
0,75EissadanKazi(1988)menganalisislebarkurvaberbagaijenisbatuandan
memperoleh: Estat = 0.64 Edyn 0,32 (10.67)Koefisien korelasi 0,84
ada kesamaan pada antara peramaan 10.62, 10.63, 10.65, dan 10.67.
Perbedaan antara moduli statik dan dinamik cukup ekstrim pada
batuan yang tidak kuat. Deformasi pada rangka batuan
menunjukkanmodulus stiatik rendah. Moduli merupakan sifat dasar
dalam perhitungan mekanika tanah.Tabel 10.6 menunjukkan range
rata-rata dua modulus young. Pada gambar 10.14, nilai tersebut
diperoleh pada plot Edin/Estat versus Estat sesuai skema pada
gambar 10.11 dan plot batuan yang kuat pada gambar 10.12. Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 32 Penjelasan gambar
10.14: -Merupakanluaspenyebarandannilaijangkauanuntukberbagaijenis
batuan,dihasilkanolehvariasikomposisbatuan,distribusiukuranbutir,bentuk
butir, berisi air dan
tekanan.-Nilairata-ratarasioEdin/Estatuntukbatuantidakkuat/lemahadalah5untuk
tidak kohesi dan 20 untuk batuan kohesi, McCann di Entwisle (1992),
100-200 untuk lumpar halus dan material
aluvial.Karenakeadaanini,korelasikuatantarakeduamodulitidakdapatdiharpakan.
Namun demikian, satu dasar fisik untuk korelasi adalah kenyataan
bahwa kedua
modulibergantungpadaporositasdanmemperlihatkankesamaanyangmenaik
terhadap ketergantungan pada tekanan. Pada bab 63.44. tekanan
tergantung pada kecepatan sehingga diperoleh:
mopp||.|
\|= .0v v(10.68) Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik
Batuan 33 Maka diperoleh: Edyn = Edin,0 mopp2.||.|
\|
(10.69) Janbu (1983) juga memperoleh persamaan untuk modulus
statis Estat = Estat,0 nopp||.|
\|. (10.69) Eksponen n bergantung kpd jenis batuan (lihat gambar
10.15) dan sama dengan
eksponenuntukmodulusdinamik(persamaan6.81),cenderungbertambahdari
pasirkelempung.Gambar10.15jugamemperlihatkanpengaruhporisitas,
terutamapadaEstat,0GorjinovdanLjachowickij(1979)menentukanmodulus
YoungstatikdandinamikdaripengukuranScismikdangkaldanujimekanika
tanahpadakedalamanhingga10mdanmenerapkanlinierregresipadadata yang
sama dengan persamaan 10.62 sehingga diperoleh : Estat Edyn + b
(10.71) Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 34
Beberapa nilai rata-rata koefisien a dan b pada tabel10.7
D.Korelasi Antara Sifat-Sifat Geofisika dan Kekuatan Sifat-Sifat
Batuan 1.Sifat Kekuatan Batuan
Sifat-sifatkekuatanbatuanpentingdalammenghitungkestabilan
konstruksitanahdanbatuan,kemiringanalami,penggaliandanpemboran.
Kegagalanpenelitiandiukurdarikegagalanprosesdanpenentuankarakter
parametersebagaisubyekpenelitiandanpenerapanpadamekanikatanahdan
batuan. Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 35
Penyederhanaandanfrekuensisebagaiukuranyangdigunakandijelaskan
olehColoumb,1773.MenurutColoumb,ShearStressmenyebabkanperubahan
pada bidang (Gambar 1016) berlawanan dengan kohesic dari mateiral
dan oleh parameter dari stress normal pada bidang. Kriteria ini
memberikan persamaan:t = . on + c (10.72) Dimana:t: shear strses,
on= stress normal pada bidang, c: kohesi dan : koefisien geseran
internal, dengan sudut geser . = tan (10.73) Komponen stress utama
(principal stress), t3 sumbu stress utama o1 = o2 stress utama
radial) adalah: o1 = o3.tan2 (45-/2) 2c tan (45-/2) (10.74) Pada
kurva t versus on, bentuk ukuran adalah lingkaran (Mohs Circles)
dengan amplop adalah grafik failure criterion (failure di atas
garis). Sifat kekuatan batuan bergantung pada:
1.Jenisbandingdankualitaspartikelpadat(bataspadatdalamkasusbatuan
beku,sementasipadasedimenkuat,kohesipadalempung,pecahanpada sedimen
lemah tanpa kohesi yaitu pasir dan gravel). Beberapa Hubungan
Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 36
2.Strukturinternalbatuandarikerangkabatuan,untukbeberapaproblem
praktis, uniaxial compressivestrengtho digunakn : parameter
kekuatan ini didefinisikan sebagai kuat sumbu (o3), dari sampel
silinder dengan o1 = o2 = 0, maka pesamaan 10.74 menjadi o3 = oc
=)245 tan(2c
(10.75) Tabel 10.8 adalah nilai rata-rata dan c beberapa
material. Tabel 10.9 adalah nilai oc beberapa batuan. Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 37 Klasifikasiteknik
batuan sempurna (tidak rusak) didasarkan pada kuatoc (tabel 10.10)
Sifatkekuatanbatuanbeku,metamorfdansedimenkuatdipengaruhioleh
patahandanporositasolehpatahandanporositas.RshewskidanNovik(1978)
merekomendasikan persamana liniear dalam bentuk: oc = a . (1 -
b.|)2(10.76) Untuk batu gamping diperoleh a ~ 277 MPa dan b antara
2 dan 5. Batuan sedimen lemah memilik nilai kekuatan paling kecil
untuk sedimen tidak
kohesif(pasirdangravel)kekuatannyadikonrololehfriksipadakontrakantar
butiran.Koefisienfriksiinternalantara0,51(Kezdi,1964)dankohesihanya
untukkasussaturasiparsialyangberhubungandengangayakapilaritas.
Koefisienbergantungpadabentukbutirandanporositas(Feda,1982).Gambar
10.17menggambarkanpengaruhporositaspadakoefisienfriksiinternalbatu
pasir. Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 38
Hubungan uji eksperimen ini, Lundrgen (1960) menurunkan persamana
empiris untuk sudut friksi internal grave dan batu pasir termasuk
pengaruhnya. = 36 +1 + 2 +3 + 4 (10.77) Dimana: 1 : +10 untuk
butiran bersuduthingga -60C untuk bulat 2 : 0 untuk batu pasir, +
10 untuk gravel halus, +20 untuk medium dan coarse gravel.3 : -30C
untuk penyebaran ukuran butiran yang sama dan +30 penyebaranukuran
butiran yang tidak sama. 4 : -60 untuk packing bebas/longgar00
medium dan +60 untuk
packingtebal.Untukbatuanlemahkohesif(lempung),kekuatannyadikontrolterutamaoleh
kosiasi.Nilainyaantarasekitar10-3Mpauntuklempunglauthalusdan1Mpa
untuklempungkuat,misalkanlempungLondon(Hamilton,1970).Besarnya
tergantung pada derajat konsolidasi, pengisian air, dan
konsistensi.2.Korelasi Sifat-sifat porositas, jenis bandi8ng,
pengisian air dan lainnya berpengaruh pada kecepatan kecepatan
gelombang elastik dan sifat kekuatan. Korelasi antara kecepatan
gelombang dan sifat kekuatan didasarkan pada kenyataan ini. Sebagai
kasusdalammodulistatikdandinamik,kekomplekanpengaruhdan
ketergantunganmerupakanperbedaandasarantaraduasifatfisisyang
Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 39 menyebabkan
penyebaran data secara luas dan ketidakpasianyang tinggi dalam
memperoleh
hubungannya.Gambar10.18memeprlihatkansatucontohkorelasiantarakekuatan
kompresifuni-axialdankecepatangelombanglongitudinal.Untuksampelbatu
pasir, persamaan linier regresi (Freyburg, 1972): oc = 0.035,vp
3.15 (10.78) Dimana vp dalam m/s dan oc dalam
MPa.Beberapacontohlainantarakecepatangelombangseismik(km/s)dankuat
kompresiuniaxial (Mpa) adalah:
-GorjainovdanLjachovikij(1979)memperolehhubunganpolimonialpada
batuan Sandy dan Shall: oc =- 0.98 vp + 0.68 vp2 + 0.98 (10.79)
-Untuk batu gamping, Militzer dan Stoll (1973) oc =2.45
vp1.82(10.80)-Golubev dan Robinovich (1976) dan logaritma Beberapa
Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 40 Log oc = 0.358 vp +
0.283, batu gamping (10.81) Log oc = 0.444 vp + 0.283, sekis
(10.82) Mcnally (1987) mengkaji hubungan antara kekuatan kompresi
uniaial dan waktu
perlambatanyangdiukurdenganinstrumensoniclog.Untukbatupasirdengan
butiranterbaikhinggamediumdariformasiCreeckJerman(queensland,
Australia) diperoleh hubungan pada 192 sampel dengan koefisien
korelasi 0,91.
untukocdalamMPadanAdalamMs/ft,konversikecepatandalamm/s, diperoleh
oc = 1277.exp ||.|
\|pv11200
(10.84) Data eksperimen diperlihat pada gambar 10.19
Fjaer(1995)menyelidikikorelasiantarakecepatangelombangshearatau
modulus shear dinamik dan kuat shear pada batu pasir alam dan
sintetik (gambar 10.20). Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat
Fisik Batuan 41
Korelasiantarakecepatanseismikdansifatkekuatan(termasukkarena
patahan)adalahdasardalamsiismicrippabilitychartdipublikasikanoleh
Bison
InstrumenInc.Petainimengklasifikasikanatastigakelompokmaterial
(rippabel,marginal,dannonrippabel)denganjangkaukecepatan,kelompoak
batuan utama lihat pada tabel 10.12.
Penelitianterhadapkorelasiantarakecepatangelombangelastikdan
parameterbatuanpadapemboranjugadilakukan.Sometronet.al(1969)
menunjukkan bahwa kecepatan sonic merupakan indiaktor yang baik
dari batuan yang dibor untuk mengetahui jenis batuan (pada
penelitian ini, gamping dan batu
pasir.Howarthet.al(1989)mengukurvariasisifatfisis(densitas,porositas,
kecepatan,kekuatandanklasifikasibatuan)padabatu,pasirdanmarmerdan
ditambahkan ukuran penetrasi tiga jenis mesin bor (TBM, Model
Tunnel boring machine, PD percussion drilling, DD diamond drilling
machine). Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 42
Diperolehkesimpulanyangpentingbersamaantarasifat-sifatdan
penetrasi,khususnyapadakecepatanGelombangElastikdankorelasinilai
penetrasi. Tabel 10.13 beberapa data yang dipilih, gambar 10.21
memperlihatkan
hubunganantarakel.gelombangkompresi(jenuh)dannilaipenetrasiuntuk
pemboran dengan intan dan perkusi (alat pukul) Untuk batuan lemah,
nilai N adalah frekuensi yang ditentukan dengan
UjiPenetrasistandaryangmemperolehnilaiindeksformasikerasdan
perbandingankapasitas(Kezdi1969,LambedanWhitman,1969).NilaiN
adalahjumlahpukulanpalu(beratpalu63.5kg,panjangtangkai75cm)
diperlukan penetrasi 30 cm ke dalam farmasi batuan.Imai etal. 1975
mengukur
kompresisiesmikdankecepatanGelombangSheartanah(aluvial,diluvial,
Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 43
tersier)danmembandingkandenganujiN.dari756pengukuran,korelasi
penting hanya pada kecepatan gelombang shear yaitu: vs = 89.8 N
0,341 (m/s) (10.85) Davis (1989) untuk lempung Oxford diperoleh: vs
= 78,52 N0.321 (10.87)
KorelasipentinguntukbatuanlemahantarasifatmekanikNdansifatsiesmik
hanyapadagelombangshear.Halinidisebabkanolehkeluargaketergantung
keduaparameterpadarockskeletonproperties(sifatrangkabatuan),kecepatan
gel kompresi dominan dikontrol oleh sifat fluida pori-pori.3.Model
yang Disarankan
Berdasarkanujimodelsederhanapadapatahanbatuandiperolehbentuk
umurhubunganantarakecepatnadankekuatankompresiuniaxial.Secara
obyektiftidakdiperolehsolusinumerisyangeksak,tetapiadahubungan
perasmanadasar.Asumsibahwakekuatanmaterialdikontrololehbagian
material yang rusak diperoleh hubungan sederhana: oc =oc,m (1 -
D)(10.88) Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 44
Dimana oc,m kuatmaterial matrik sempurna (tidak
rusak).Membandingkandenganpersamaan6.136.hubunganantarakekuatandan
kuadrat kecepatan oc = vp2 2mcmvo= Aov vp2
(10.89) A = oc,m/ vm2 adalah pengontrol sifat material matriks
Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 45
Gambar10.24memperlihatkanhubunganpersamaandiatasdengan
perbandinganoc~v2daridataeksperimen.Halinidapatdipercayaantara
perhitunganbebasdengandataeksperimendanjugahubunganempiris10.81 dan
10.83. Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 46
10.3.4.4.Catatantentangperubahanparameterfisikdihubungkandengan
proseskerusakan.Kerusakanberhubungandenganperubahandalambatuan.
Sebelum dan setelah rusak, merupakan subyek kajian proses kerusakan
dan juga
merupakanproblemdalammemprediksiterjadinyagempabumi.Walaupun
banyakpermasalahandanterbukapertanayanadalambanyakpengamatan
eksperimen,memperlihatkanperubahansebelumadanyakerusakan(prefailure
changes). -vp/vs (Semenov 1969, Nur 1972, 1975) Aggarwal et al
(1973) Whithcomb et al., 1973 Stiller et al., 1979, Feng dan Yu
1990) -Resistifitasjenis(BracedanOrange,1968Barsukov1970,Mazelladan
Marison 1974, King dan Luo, 1990) -Emisi radon (King dan Luo, 1990
AnalisispadaBab6.4.8.2.memperlihatkansuatumodelstrukturinternalyang
merupakansuatucarainterpretasiperubahanberhubungandengantekanan
uniaxialpadasmapelpatahanmikro(Gambnar6.74)didasrkanpadaplotvp/vs
versus vs. Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 47
VolarichdanBudniko(1979)menelitiperubahankecepatangelombang
komrpesidanShearselamaekperimentekananuniaxialpadablokplagiogranit
dangneis.Kecepatanteramatidiplotpadagambar10.26dalamvp/vsversus
vsgrid.
Padafasesebelumkerusakan,dataloopperubahandominandaristruktur
danbanding,strukturdapatberubahpadaarahutamasistempertahanaktif
(direction of active fracture systems) di bawah kondisi stres.
Perubahan banding
denganbertambahnyanilaiparameterfdapatdiinterpretasisebagaihilangnya
hubunganmekanik(lossofmechanicalconnection)antarabutirandanmineral
sepanjangpatahandankerusakanlainnya.Fenomenainikemungkinan
berhubungandengandilatasi(pergeseran).Contohinimenunjukkanbahwa
konsepsuatumodeltermasukstrukturdanbandingdapatmemenuhidalam
analisis fenomena kerusakan.
Observasiseismologikecepatangelombangtranfersaldanlongitudinal
(gambar 10.27a) pada period 11 tahun, diplot pada gambar 10.27 b
dan 10.27 c.
Darigambardiperlihatkansifatloopuntukgempabumi.Loopkeciladalah
magnituderendahpadatahun1964danloopbesaradalahgempabumiSan
Fernandopadatahun1971.Perubahantahananlistrikdapatjugadiinteprestasi
karenaadanyaperubahanorientasipatahanaktifutamaterhadapjenismodel
(Shon, 1983). Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan
48 Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 49
KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan sebelumnya maka dapat disimpulkan
beberapa hal, yaitu.
1.Sebelumdilakukanpemboransumureksplorasidiperlukandatayanglengkap.
Data tersebut meliputi data geologi, geokimia, dan geofisika.
2.Tahap-tahap pemboran sumur eksplorasi terdiri dari kegiatan: (1)
rotary drilling,
(2)drillingfluid,(3)casingdanliner,(4)comentation,(5)mengalirkanfluida
dari formasi, dan (6) blowout preventer (BOP)
3.Jenispengujianyangdilakukandalampemboransumureksplorasimeliputi:
pengujian inti, pengujian cutting, dan pengujian log
driller.4.Sebelumdilakukanpengembanganenergipanasbumiperludilakukanstudi
kelayakanuntukmenilaiapakahdaerahpanasbumitersebutsecarateknis,
ekonomis, dan sosial layak untuk diproduksi.
5.Teknologipemanfaatanenergipanasbumimenjadienergilistrikyangsering
digunakan ada 3yaitu:: dry steam process (proses uap kering),
flashing process (proses pemisahan uap), binary process (proses
biner).
6.Biayapengembanganlapanganuap(steamfield)terdiriatas:(1)biayasurvey
eksplorasi,(2)biayapemboransumur(sumureskplorasi,pengembangan,
injeksi, make up) (3) biaya lahan, jalan, persiapan lahan dan
lainlain, (4) biaya
fasilitasproduksi,(5)biayasaranapendukung,dan(6)biayaoperasidan
perawatan. Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 50
DAFTAR PUSTAKA
ArifMunandar,dkk.2007.JurnalPengeboranSumurEksplorasiSr-1Lapangan
Panas Bumi Mutubusa - Sokoria, Kabupaten Ende, Provinsi Nusa
Tenggara Timur. Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral.
Budiardjo,B.,NugrohodanBudihardi,M.1997.ResourceCharacteristicsofthe
Ungaran Field, Central Java, Indonesia, Proceeding of National
Berkala MIPA,
16(1),Januari200648SeminarofHumanResourcesIndonesianGeologist,
Yogyakarta. Dedi Kusnadi dkk. 1991. Penelitian Geokimia Dengan
Metode Hg dan CO2 Daerah Mutubusa dan Sekitarnya, Kabupaten Ende,
NTT. Direktorat Vulkanologi.
Dickson,H.M.,Fanelli.M.,2004,WhatisGeothermalEnergy?,Istitutodi
Geoscienze e Georisorse, CNR , Pisa, Italy Drilling and well
construction; gene culver geo-heat center klamath falls, or 97601
DjokoSantoso.2006.PembangkitanTenagaListrik,DiktatKuliah.Surabaya:
Teknik Elektro ITS. Geothermal energy systems (chapter 3. Drilling
into geothermal reservoirs exploration, development, and
utilization); axel sperber, inga moeck, and wulf brandt;wiley-vch.
Hammer,L.2004,GeothermalEnergy,Artikelinternet,http://www.phas.ucalgary.
ca/~annlisen/teaching/APPH573/GeothermalEn-ergy.ppt. Hydrocarbon
exploration and production; frank jahn, mark cook& mark graham;
elsevier science bv; 1998. Pre-feasibility study of the sinivit
geothermal power generation project (sgpgp), papua new guinea;
secretariat of the pacific regional environment programme;
www.sprep.org/vacancies/prefeasibilitystudyofthesgpgppng.htm
SupriyantoSuparno,2009).Energipanasbumi,apresentfromtheheartofthe
earth. Jakarta: Dapartemen Fisika Universitas Indonesia. Wahyudi
Citrosiswoyo. 2008. Geothermal: dapat mengurangi ketergantungan
bahan bakarfosildalammenyediakanlistrikNegara.Surabaya:Laboratorium
Lingkungan dan Energi Laut, Jurusan Teknik Kelautan
ZulkifliBoegis,dkk.2004.LaporanSurveiSumurLandaianSuhuSumurSR-1
LapanganPanasbumiMutubusa-Sokoria,KabupatenEnde-NusaTenggara Timur.
Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral. http://
www.bappedajabar/jabar dalam angka 2007.html Beberapa Hubungan
Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 51
http://www.pln-pabar.com/sektorpemb/jabar.html
http://www.esdm.go.id/renew.html
http://202.106.220.3/statistik/tahunan.asp. Beberapa Hubungan
Antara Variasi Sifat Fisik Batuan 52