Eksplorasi Geofisika
Eksplorasi GeofisikaMetode Ground Penetrating Radar
(GPR)Oleh:Wilda Dzuriati (21100112130058)Anindya Estiandari
(21100112140084)Sherly Monalisa Silitonga (21100112130056)Siti
Rofikoh (21100112130018)Muhammad Irfa Udin (21100112130061)AN Fadly
(21100112130065)Brilliananta Radix (21100112140093)Muhammad
Dzulfikri Firdaus (21100112140030)
Jurusan Teknik GeologiFakultas TeknikUniversitas
DiponegoroGambaran Awal Eksplorasi GeofisikaKondisi bawah permukaan
bumiRasa ingin tahu, kebutuhanEksplorasi
GeofisikaHasilNegatifPositifEksplorasi Lanjutan
Metode geofisika sering digunakan dalam eksplorasi endapan bahan
galian. Metode ini tergolong kepada metoda tidak langsung, dengan
meneliti parameter-parameter fisika yang dimiliki oleh batuan
sebagai sumber data awal, dan sering digunakan pada tahapan
eksplorasi pendahuluan (reconnaissance), mendahului
kegiatan-kegiatan eksplorasi intensif lainnya.3Tahapan-tahapan
pekerjaan yang umum digunakan dalam metoda geofisika adalah :Survei
pendahuluan (penentuan lintasan)Pemancangan (penandataan
titik-titik ukur) dalam areal targetPengukuran lapanganPembuatan
peta-peta geofisikaPenarikan garis-garis isoanomaliPenggambaran
profileInterpretasi anomali (Anonim1, 2010 )
Metode Ground Penetrating Radar (GPR)
Salah satu metode eksplorasi geofisika yaitu metode Ground
Penetrating Radar (GPR).Metode ground penetrating radar atau
georadar merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari
kondisi bawah permukaan berdasarkan sifat elektromagnetik dengan
menggunakan gelombang radio dengan frekuensi antara 1-1000 MHz.
Georadar menggunakan gelombang elektromagnet dan memanfaatkan sifat
radiasinya yang memperlihatkan refleksi seperti pada metode seismik
refleksi.Pengukuran dengan menggunakan GPR ini merupakan metode
yang tepat untuk mendeteksi benda benda kecil yang berada di dekat
permukaan bumi (0,1-100 meter) dengan resolusi yang tinggi yang
artinya konstanta dielektriknya menjadi rendah.
5Ada 3 jenis pengukuran dalam metode GPR ini, antara lain
:Refleksi, disebut Continuous Reflection Profiling (CRP)Pengukuran
velocity Sounding disebut Common Mid Point (CMP) untuk mementukan
kecepatan versus kedalamanTransiluminasi, disebut juga GPR
Tomografi
Teori DasarGPR terdiri atas :Pembangkit sinyalAntena
transmitterReceiver
Mode monostatik antena transmitter dan receiver digabung dalam
satu antenaMode bistatik keduanya punya jarak pemisah
7
8Fenomena elektromagnetik dapat dijelaskan dengan persamaan
Maxwell. Persamaan ini terdiri dari 4 persamaan medan dan untuk
tiap-tiap persamaan merupakan hubungan antara medan dengan
distribusi sumber yang bersangkutan.
Persamaan yang menghubungkan sifat fisik medium dengan medan
yang timbul pada medium tersebut dapat dinyatakan dengan :
Keterangan :H = intensitas medan magnet (ampere/m)D =
perpindahan listrik (coulomb/m2) = permitivitas listrik (farad/m) =
konduktivitas (1/ohm-m)J = rapat arus (ampere/m2)E = medan listrik
(volt/m
Untuk menyederhanakan masalah, sifat fisik medium diasumsikan
tidak bervariasi terhadap waktu dan posisi (homogen isotropi).
10
Keterangan :R = koefisien refleksiV1 = cepat rambat geombang
elektromagnet pada lapisan 1V2 = cepat rambat geombang
elektromagnet pada lapisan 2 , dan V1 < V21 dan 2 = konstanta
dielektrik relatif lapisan 1 dan lapisan 2
Keberhasilan dari metoda GPR bergantung pada variasi bawah
permukaan yang dapat menyebabkan gelombang tertransmisikan dan
terefleksikan. Refleksi yang ditimbulkan oleh radiasi gelombang
elektromagnetik timbul akibat adanya perbedaan antara konstanta
dielektrik relatif antara lapisan yang berbatasan. Perbandingan
energi yang direfleksikan disebut koefisien refleksi (R) yang
ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnet dan
lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik
relatif dari media yang berdekatan. Hal ini dapat terlihat pada
persamaan di atas
11Jejak yang terdapat pada rekaman georadar merupakan konvolusi
(perubahan) dari koefisien refleksi dan impulse georadar
ditunjukkan oleh persamaan :
Keterangan :r(t) = koefisien refleksiA(t) = amplitudo rekaman
georadarF(t) = impulse radarn(t) = noise radar
Persamaan tersebut diaplikasikan untuk keadaan normal pada
permukaan bidang datar. Dengan asumsi tidak ada sinyal yang hilang
sehubungan dengan amplitudo sinyal.
12Besar amplitudo rekaman georadar r(t) akan tampak pada
penampang rekaman georadar berupa variasi warna.Pada proses kembali
ke receiver, ada kemungkinan hilangnya energi elektromagnetik. Hal
ini bisa disebabkan oleh hal-hal berikut :AbsorbsiPenurunan nilai
fungsi kompleks dari sifat listrik dan dielektrika media yang
dilalui sinyal radar. Penurunan nilai atau atenuasi () tergantung
pada :konduktifitas ()permeabilitas magnetik ()permitivitas () dari
media yang dilalui oleh sinyalfrekuensi dari sinyal itu sendiri
(2f).
Absorpsi terjadi sebagai akibat terjadinya refleksi / trasmisi
di tiap batas medium dan terjadi setiap kali gelombang radar
melewati batas antar medium. Faktor kehilangan energi disebabkan
oleh perubahan energi elektromagnetik menjadi panas.Penyebab dasar
terjadinya atenuasi merupakan fungsi kompleks dari sifat dielektrik
dan sifat listrik medium yang dilewati oleh sinyal radar. Faktor
atenuasi tergantung pada konduktivitas, permitivitas, dan
permeabilitas magnetic medium, dimana sinyal tersebut menjalar,
serta frekuensi sinyal itu sendiri.
13Prinsip Kerja GPRPrinsip kerja alat GPR yaitu dengan
mentransmisikan gelombang radar (Radio Detection and Ranging) ke
dalam medium target dan selanjutnya gelombang tersebut dipantulkan
kembali ke permukaan dan diterima oleh alat penerima radar
(receiver), dari hasil refleksi itulah berbagai macam objek dapat
terdeteksi dan terekam dalam radargram. Mekanisme kerja GPR dan
contoh rekaman radargram ditunjukan oleh gambar berikut :
Contoh Radargram
Untuk mendeteksi suatu objek diperlukan perbedaan parameter
kelistrikan dari medium yang dilewati gelombang radar. Perbedaan
parameter kelistrikan itu antara lain :permitivitas
listrikKonduktivitaspermeabilitas magnetik.
Sifat elektromagnetik suatu material bergantung pada komposisi
dan kandungan air didalamnya, dimana keduanya merupakan pengaruh
utama pada perambatan kecepatan gelombang radar dan atenuasi
gelombang elektromagnetik dalam material. Reynold dalam bukunya An
Introduction to Applied and Evironmental Geophysics, menyatakan
bahwa kecepatan gelombang radar dalam suatu medium tergantung pada
kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c = 0.3 m/ns), konstanta
dielektrik relatif medium (r) dan permeabilitas magnetic relatif
(r).
18Skin depth (adalah kedalaman dimana sinyal telah berkurang
menjadi 1/e (yaitu Hubungan antara konstanta dielektrik dan cepat
rambat gelombang radar dapat dilihat pada tabel berikut. Untuk
material geologi, berada pada range 1-30, sehingga range jarak
cepat rambat gelombang menjadi besar yaitu sekitar 0.03 sampai
0.175 m/ns (Reynolds, 1997).
Konstanta dielektrik relatif dan cepat rambat gelombang
elektromagnetik untuk material geologi (McCann et al,
1988)MaterialConductivity(mhos per meter)Relative dielectric
permitivityAir01Pure Water10-4 to 3 10-281Sea Water481Freash-water
ice10-34Sand (dry)10-7 to 10-34 to 6Sand (saturated)10-4 to
10-230Silt (saturated)10-3 to 10-210Clay (saturated)10-1 to 18 to
12Sandstone (wet)4 10-26Shale (wet)10-17Limestone
(dry)10-77Limestone (wet)2.5 10-28Basalt (wet10-28Granite
(dry)10-45Granite (wet)10-37
Aplikasi Metode GPRMendeteksi pipa, kabel, dan produk buatan
manusia lainnya yang ada di bawah permukaan tanahMendeteksi rongga
bawah tanahInvestigasi sedimen dan struktur tanahMendeteksi
Struktur Geologi bawah permukaanSurvei keadaan jalan (ketebalan
aspal, pondasi)Analisis bangunan (retakan pada pondasi)
Kelebihan dan Kekurangan Metode Ground Penetrating Radar
(GPR)KelebihanKekuranganBiaya operasional lebih murahtidak bisa
melakukan penetrasi / deteksi sedalam gelombang bunyi.Resolusi yang
sangat tinggi karena menggunakan frekuensi tinggi (broadband
atauwideband)Kemampuan radar hanya puluhan meter (kurang lebih 100
meter)Pengoperasian yang cukup mudahAntena GPR umum hanya untuk
durasi pulsa tertentuMerupakan metodanon destructive sehingga aman
digunakan.