-
10
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Dasar Teori Gayaberat
Gaya berat adalah salah satu metode dalam geofisika. Metode gayaberat
dipilih dalam penelitian ini karena aplikasi utama metode ini adalah study
geologi regional bawah permukssn (area lebih dari 100 km2), sehingga
diharapkan dapat menggambarkan struktur geologi bawah permukaan yang lebih
baik dibandingkan metode geofisika lainnya. Prinsip metode ini berdasarkan
pada anomali gayaberat yang muncul karena adanya variasi rapatmassa batuan
yang menggambarkan adanya struktur geologi di bawah permukaan bumi.
Adanya variasi rapatmassa batuan di suatu tempat dengan tempat lain, akan
menimbulkan medan gaya gravitasi yang tidak merata, perbedaan inilah yang
terukur di permukaan bumi. Perbedaan medan gayaberat yang relatif kecil maka
diperlukan alat ukur yang mempunyai ketelitian yang cukup tinggi. Alat ukur
yang sering digunakan adalah Gravimeter. Alat pengukur gayaberat di darat
telah mencapai ketelitian sebesar 0.01 mGal dan di laut sebesar 1 mGal.
Di setiap tempat di permukaan bumi nilai percepatan gravitasi bumi di
permukaan bumi dipengaruhi oleh lima faktor seperti lintang, ketinggian,
topografi di sekitar titik pengukuran, interaksi bumi dengan matahari dan bulan
(pasang-surut), serta perbedaan (variasi) rapatmassa batuan di bawah permukaan
bumi. Perbedaan (variasi) rapatmassa batuan di bawah permukaan bumi
merupakan satu-satunya faktor yang signifikan dalam eksplorasi gayaberat dan
-
11
pada umumnya memiliki nilai yang sangat kecil dibandingkan kombinasi
keempat faktor lainnya. Dasar teori yang digunakan dalam metoda gayaberat ini
adalah Hukum Newton tentang gravitasi bumi.
1. Hukum gravitasi Newton
Pada dasarnya aplikasi metode gaya berat adalah Hukum Gravitasi Newton,
yaitu bahwa gaya tarik menarik antara 2 partikel yang memiliki massa M dan m
pada jarak r dapat ditunjukkan dengan gambar di bawah ini:
Gambar 2.1 Gaya tarik menarik antara dua benda.
(http://www.id.wikipedia.org)
Secara matematis gaya tarik menarik tersebut dapat dituliskan dalam persamaan:
(2.1)
Dimana :
F = Gaya tarik menarik antar M dan m (N)
G = Konstanta universal gravitasi
G = ( atau dalam cgs sebesar 6,67 x dyne
cm/g M,m = Massa partikel (kg)
r = Jarak antar partikel
= Vektor unit gaya yang bekerja pada benda.
-
12
Dari persamaan (2.1) dapat disimpulkan bahwa gaya tarik bumi dengan massa
M dan berjarak r terhadap sebuah benda yang bermassa m di permukaan bumi
adalah:
(2.2)
Jika sebuah benda dengan massa m memiliki gaya berat , yang tidak
lain merupakan gaya tarik massa benda terhadap bumi maka penentuan harga
percepatan gaya berat dapat dinyatakan dengan
(2.3)
Dimana:
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
M = massa bumi (kg)
m = massa benda (kg)
F = gaya gravitasi (Newton)
G = konstanta universal gravitasi )kgdt
m10x67.6(
2
311
Pada persamaan (2.3) di atas variable yang menentukan nilai g adalah r. Besar r
pada kenyataannya tidak tetap. Hal ini dikarenakan bentuk bumi yang tidak
berbentuk bulat sempurna. Nilai percepatan gravitasi di permukaan bumi sekitar
980 cm/s2. Gravimeter memiliki sensitivitas sekitar Gal atau 0.01 mGal.
Namun akurasi pembacaan umumnya hanya 0,03 sampai 0.06 mGal.
Mikrogravimeter disediakan dengan ukuran akurasinya sekitar 5 Gal.
-
13
2. Potensial gravitasi
a. Newtonian atau potensial 3D
Medan gaya tarik bumi (gravitasi) bersifat konservatif artinya usaha yang
dilakukan sebuah massa dalam suatu medan gravitasi tidak bergantung pada
lintasan yang ditempuhnya, namun hanya bergantung pada titik akhirnya saja.
Jika suatu benda yang pada akhirnya kembali pada posisi awalnya, energi yang
dikeluarkannya adalah nol. Bentuk gaya gravitasi adalah vektor yang mengarah
sepanjang garis yang menghubungkan dua pusat massa. Medan konservatif
kemungkinan berasal dari sebuah fungsi potensial skalar U(x,y,z) disebut
dengan Newtonian atau potensial 3D.
m2 (2.4)
= g (x, y, z) (2.5)
Dalam koordinat spherical menjadi :
U (r,,) = -F (r,,)/m2 (2.6)
U (r,,) = -g (r, , ) (2.7)
Alternatif lainnya kita dapat memecahkan potensial gravitasi dalam bentuk :
U (r, , ) = .dr (2.8)
Mengingat sebuah massa 3D yang bentuknya berubah-ubah seperti gambar (2.2)
dibawah ini :
-
14
Gambar 2.2 Potensial massa 3D
(Telford et al.,1990)
Potensial dan percepatan gravitasi pada sebuah titik yang paling luar dapat
diperoleh dengan membagi massa kedalam elemen kecil (dm) dan
menjumlahkannya untuk mendapatkan pengaruh totalnya. Potensial untuk
elemen massa dm di titik (x, y, z) dengan jarak r dari P (0, 0, 0) adalah
dU = G dm/r = G dx dy dz/r (2.9)
dimana (x, y, z) adalah rapat massa, dan r = x + y + z. Maka massa m
potensial totalnya adalah
(2.10)
Karena g adalah percepatan gravitasi dalam arah z, dan menganggap konstan,
g = - U/ (2.11)
g = (2.12)
-
15
b. Logaritmik atau Potensial 2D.
Apabila suatu massa sangat panjang dalam arah y dan memiliki cross
section seragam, bentuknya berubah-ubah pada bidang xz. Gaya tarik gravitasi
diperoleh dari sebuah potensial logaritmik. Persamaanya adalah :
(2.13)
Dimana r = x + z. Pengaruh gravitasi untuk bentuk 2-D adalah
g = - U/ (2.14)
g = (2.15)
Dimana
(2.16)
g= 2G (2.17)
g = (2.18)
g = 2G (2.19)
B. Satuan Percepatan Gravitasi
Satuan percepatan gravitasi dalam sistem MKS adalah m/s2 dan dalam
sistem CGS adalah cm/s2. Pengukuran percepatan gravitasi pertama dilakukan
oleh Galileo dalam eksperimennya di Pisa Italia, sehingga untuk menghormati
Galileo satuan percepatan gravitasi didefinisikan sebagai berikut :
1 mGal = Gal = cm/s.
Satuan anomali gaya gravitasi dalam kegiatan eksplorasi diberikan dalam orde
mGal dikarenakan perubahan antar titik yang sangat kecil.
-
16
C. Gravimeter
Gambar 2.3 Gravimeter Lacoste & Romberg (M. Dobrin and C. Savit)
Gravimeter adalah suatu alat yang digunakan dalam pengukuran gayaberat.
Alat ukur ini memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi, karena dapat
mengukur perbedaan percepatan gayaberat yang lebih kecil dari 0,01 mgal.
Prinsip kerja gravimeter ini pada dasarnya merupakan suatu neraca pegas yang
mempunyai massa yang terkena gaya berat akan menyebabkan panjang pegas
berubah (lihat gambar 2.4).
Gambar 2.4 Prinsip gravimeter stabil (http://www.scribed.com)
Berdasarkan hukum Hook yang menyatakan bahwa perubahan panjang
pegas adalah sebanding dengan perubahan panjang gaya, maka :
-
17
F = m x g = k x s (2.20)
Dan
s= (m/k) x g (2.21)
Dengan : m = massa beban (kg)
K = konstanta elstis pegas (N/m)
s = perubahan panjang pegas (m)
g = perubahan gaya berat (m/s)
Gravimeter tipe LaCoste & Romberg termasuk ke dalam tipe zero length
spring Gravimeter tersebut. Mempunyai skala pembacaan dari 0-7000 mGal,
dengan ketelitian 0.01 mGal. Gravimeter ini dalam penggunaanya memerlukan
suhu yang tetap. Pengukuran perbedaan percepatan gravitasi bisa dilakukan
dengan mengukur dua tempat yang berbeda dengan alat yang sama.
Prinsip gravimeter ini terdiri dari suatu beban pada ujung batang, yang
ditahan oleh zero length spring yang berfungsi sebagai pegas utama. Besarnya
perubahan gaya tarik bumi akan menyebabkan kedudukan beban dan
pengamatan. Hal tersebut dilakukan dengan peraturan kembali beban pada
kedudukan semula. Perubahan kedudukan yang dialami ujung batang
disebabkan karena adanya goncangan-goncangan, selain karena adanya variasi
gayatarik bumi. Ujung batang yang lain dipasang shock eliminating spring untuk
menghilangkan efek goncangan.
-
18
D. Eksplorasi Geofisika Metode Gayaberat
Metode gayaberat adalah salah satu metoda dalam geofisika. Prinsip
metode ini berdasarkan kepada anomali gayaberat yang muncul karena adanya
variasi rapat massa batuan yang menggambarkan adanya struktur geologi di
bawah permukaan bumi. Adanya variasi rapat massa batuan di suatu tempat
dengan tempat lain, akan menimbulkan medan gaya gravitasi yang tidak merata,
perbedaan inilah yang terukur di permukaan bumi.
Metode ini dipilih karena kemampuannya dalam membedakan rapat massa
suatu material terhadap lingkungan sekitarnya, sehingga gambaran struktur
bawah permukaan dapat diketahui. Metode gayaberat ini juga merupakan
metode utama yang digunakan dalam study geologi regional bawah permukaan
bumi (area lebih dari 100 km2), sehingga diharapkan gambaran struktur geologi
bawah permukaan yang diperoleh lebih baik dibandingkan metode geofisika
lainnya.
E. Rapat Massa Batuan pada Pengukuran Gayaberat
Hal yang terpenting dalam pengukuran gaya berat adalah rapatmassa
batuan. Rapatmassa adalah perbandingan massa suatu zat dengan volumenya,
yang dinyatakan dengan (rho). Di bawah ini adalah persamaan yang
menunjukan hubungan percepatan gravitasi dengan rapat massa (densitas) :
F = G (2.22)
Dimana
m = V X (2.23)
-
19
Dengan m = massa benda, V = volume benda, = rapatmassa benda
g = G (2.24)
g (2.25)
Persamaan diatas menunjukan bahwa nilai medan gayaberat berbanding lurus
dengan rapatmassa. Oleh karenanya sangat penting mengetahui nilai rapat massa
pada batuan di sekitar titik pengamatan.
F. Anomali Gayaberat
Pada dasarnya nilai anomali gayaberat adalah selisih antara nilai percepatan
gravitasi bumi pada kondisi bumi yang sebenarnya dengan nilai percepatan
gravitasi bumi pada kondisi teoritik bumi. Pada kondisi bumi yang sebenarnya
terdapat faktor-faktor yang mempengaruhi nilai percepatan gravitasi bumi
seperti efek rotasi bumi, variasi topografi bumi, dan variasi densitas
(rapatmassa) secara lateral maupun vertikal. Sedangkan percepatan gravitasi
bumi secara teoritik mengasumsikan bahwa bumi berbentuk sferoid dan massa
bumi homogen. Nilai percepatan gravitasi bumi di permukaan bumi dipengaruhi
oleh lima faktor yaitu:
1. Lintang
2. Ketinggian
3. Topografi di sekitar titik pengukuran
4. Interaksi bumi dengan matahari dan bulan (pasang-surut), dan
5. Variasi rapat massa batuan di bawah permukaan bumi
-
20
Faktor variasi rapatmassa batuan di bawah pemukaan bumi adalah satu-
satunya faktor yang signifikan dalam eksplorasi gayaberat dan pada umumnya
memiliki nilai yang sangat kecil dibandingkan keempat faktor lainnya. Nilai
anomali yang dibutuhkan dalam eksplorasi gayaberat adalah anomali akibat
variasi rapatmassa di bawah permukaan sehingga diperoleh gambaran struktur
bawah permukaan seperti halnya patahan. Dilakukan koreksi-koreksi gayaberat
untuk mereduksi anomali akibat faktor-faktor yang lain.
G. Koreksi-Koreksi Gayaberat
1. Koreksi pasang surut (Tidal correction)
Koreksi pasang surut bumi dimaksudkan untuk menghilangkan perbedaan
pembacaan yang disebabkan oleh pengaruh jarak dari matahari dan bulan pada
setiap saat. Pengaruh jarak matahari dan bulan ini akan berpengaruh terhadap
pembacaan pada alat gravimeter. Bagian bumi padat juga mengalami pasang
surut yang menyebabkan turunnya permukaan bumi secara periodik yang juga
menyebabkan perubahan harga gravitasi pengukuran. Perubahan harga gravitasi
pengukuran ini diakibatkan karena adanya perubahan jarak pengukuran ke pusat
bumi.
-
21
Gambar 2.5 Jarak matahari dan bulan setiap saat (Longman, I.M, 1959)
Koreksi pasang surut bumi dimaksudkan untuk menghilangkan efek perubahan
nilai gaya berat akibat gaya tarik bulan dan matahari. Alat gravimeter sangat
sensitif terhadap perubahan harga gravitasi yang disebabkan oleh pasang surut
bumi yang besarnya tergantung pada posisi lintang dan waktu, perubahan itu
besarnya 0.3 mgal. Koreksi pasang surut berdasarkan Longman, I.M, 1959,
yakni
( ) ( ) ( )
++= 1cos3
3
2cos3cos51sin
3
2
2
3 23
342
qD
spp
d
Mrp
d
MGrTiC
(2.26)
Dengan TiC = koreksi pasang surut, p = sudut zenith bulan, q = sudut
zenith matahari, M = massa bulan, S = Massa matahari, d = jarak antara pusat
bumi-bulan, D = jarak antara pusat Bumi-matahari.
Hasil ini kemudian ditambahkan dengan koreksi drift untuk memperoleh
anomali gayaberat observasi.
(2.27)
-
22
dengan adalah anomali gayaberat observasi yang telah dikoreksi drift dan
pasang surut, T adalah koreksi pasang surut.
Data koreksi pasang surut bumi merupakan data hasil perhitungan teoritik yang
diperoleh dari data stasiun yang melakukan eksplorasi tersebut.
Contoh : data koreksi pasang surut bumi ini dapat diperoleh dari
BAKOSURTANAL, BMG, Puslitbang Geologi dan Teknik Geodesi ITB. Guna
mempermudah perhitungan, peneliti biasanya menggunakan tabel Koreksi
Pasang Surut Bumi.
2. Koreksi apung (Drift correction)
Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan kesalahan pembacaan pada alat
akibat perpindahan dari satu titik pengamatan ke titik pengamatan lain. Secara
matematis besarnya koreksi drift dituliskan sebagai berikut
: )('
'tAtB
tAAt
gAAgDc
=
(2.28)
Dengan :
DC = koreksi drift dititik B
gA = harga gaya gravitasi pada saat tA
gA = harga gaya gravitasi pada saat tA
tA = waktu pengamatan awal dititik A
tA = waktu pengamatan akhir dititik A
tB = waktu pengamatan di titik terakhir
-
23
Titik pengukuran
Gambar 2.6 Teknik looping pengukuran gaya berat
3. Koreksi lintang
Perputaran bumi mengakibatkan perbedaan percepatan gravitasi bumi pada
setiap lintang, oleh karena itu diperlukan koreksi untuk mengatasinya dalam hal
ini adalah koreksi lintang. Untuk menghitung koreksi lintang digunakan rumus
sebagai berikut:
) (2.29)
Dengan G adalah nilai percepatan gravitasi teoritik pada posisi titik amat dan
adalah koordinat lintang.
4. Koreksi udara bebas (Free air correction)
Gambar 2.7 Perubahan harga gravitasi terhadap ketinggian (Longman, I.M, 1959)
h
G
Mean Sea Level
g
Base
statio
1 2 3 4 5 6
-
24
Pengukuran yang dilakukan diatas mean sea level (lihat gambar 2.7) akan
menyebabkan bertambahnya jarak dari titik pengamat ke pusat bumi, perubahan
tersebut menyebabkan harga g akan semakin kecil sehingga harus dilakukan
koreksi terhadap pembacaan alat. Koreksi ini dilakukan untuk mendapatkan nilai
pembacaan gravitasi absolut di titk observasi. Secara matematis Koreksi udara
bebas dinyatakan dengan persamaan :
(2.30)
Dengan h adalah ketinggian dari permukaan laut.
Setelah dilakukan koreksi tersebut maka akan didapatkan anomali udara bebas
di topografi yang dapat dinyatakan dengan persamaan:
(2.31)
Dengan:
g = anomali udara bebas di topografi (mgal)
gobs = percepatan gravitasi observasi di topografi (mgal)
= percepatan gravitasi teoritis pada posisi titik amat (mgal)
5. Koreksi Bouger (Bouger correction)
Koreksi bouger ini bertujuan untuk menghilangkan perbedaan ketinggian
dengan tidak mengabaikan massa di bawahnya. Massa ini dianggap sebagai
lempeng massa (slab) tak berhingga, tebal h dan densitas .
-
25
Gambar 2.8 Lempeng Bouger dengan tebal h (Telford et al.,1990)
Koreksi Bouger diperoleh dengan persamaan dibawah ini:
KB = 2Gh (2.32)
KB = 0,04191 h (2.33)
Dengan :
G = konstanta gravitasi 6,67 x 10-11 m3 kg-1 s-2
= densitas benda dari bidang acuan sampai bidang referensi (kg/m3)
h = ketinggian titik pengukuran (m)
Anomali gayaberat setelah diaplikasikan koreksi udara bebas dan koreksi
bouguer disebut simple bouguer anomaly (SBA):
(2.34)
(2.35)
Sehingga koreksi Bouger diberikan oleh persamaan :
KB = 0,04191 h (2.36)
Setelah koreksi bouger (KB) dan anomali udara bebas (AUB) diberikan, anomali
gayaberat menjadi anomali Bouguer (ABS) yaitu :
ABS = AUB KB (2.37)
-
26
6. Koreksi medan (Terrain Correction)
Pengaruh topografi permukaan yang relatif kasar dengan perbedaan elevasi
yang besar, seperti halnya gunung dan bukit di sekitar titik pengukuran yang
dapat mengurangi besarnya medan gaya berat sebenarnya dapat dihilangkan
dengan koreksi ini. Koreksi medan ini digunakan untuk menghilangkan
pengaruh efek massa di sekitar titik pengamatan. Koreksi medan (topografi)
adalah koreksi pengaruh topografi terhadap gayaberat pada titik amat, akibat
perbedaan ketinggian antara titik observasi dengan base.
Gambar 2.9 Sketsa koreksi medan terhadap data gayaberat (Zhou, 1990)
Cara perhitungan koreksi topografi bisa dilakukan dengan menggunakan
Hammer Chart yang dikembangkan oleh Sigmund Hammer. Caranya adalah
dengan membagi-bagi daerah penelitian menjadi bagian-bagian yang dibatasi
oleh lengkungan ( kompartmen ) yang diberi nama kompartmen A, B, C , D
.............. dan seterusnya. Pembagian zona-zona Hammer Chart adalah sebagai
berikut :
a. Zona A terdiri dari 1 kompartmen
-
27
b. Zona B terdiri dari 4 kompartmen
c. Zona C & D terdiri dari 6 kompartmen
d. Zona E & F terdiri dari 8 kompartmen
e. Zona G, H, dan I terdiri dari 12 kompartmen
f. Zona K, L, dan M terdiri 16 kompartmen
Gambar 2.10 Pembagian kompartemen diagram Hammer (Telford et al.,1990:13)
Dengan menggunakan pendekatan cincin silinder, maka besarnya koreksi
topografi diberikan oleh persamaan :
TC = (2.38)
Dengan :
TC = koreksi terrain (medan)
G = konstanta gravitasi
= rapat massa
r0 dan r1 = jari-jari dalam dan luar zona
z = perbedaan ketinggian rata-rata kompartemen dan titik pengukuran
-
28
n = jumlah kompartemen pada zona tersebut
Gambar 2.11 Cincin melingkar yang terbagi ke dalam delapan kompartemen untuk menghitung koreksi medan (http://www.scribed.com)
Tabel 2.1 Jari jari Kompartemen (Telford et.,1990:14)
Kopartemen Jari jari dalam ( )
(feet)
Jari- jari luar ( )
(feet)
B 6,56 54,6
C 54,6 175
D 175 558
E 558 1280
F 1280 2936
H. Anomali Bouguer Lengkap (Complete Bouguer Anomaly)
Anomali Bouguer lengkap (CBA) suatu titik amat didefinisikan sebagai
penyimpangan harga percepatan gravitasi pengamatan (Gobs) terhadap harga
percepatan gravitasi normal (G) di titik tersebut. Anomali bouguer di titik amat
pada ketinggian h merupakan anomali kumulatif akibat semua penyebab
anomali yang berada di bawah ketinggian titik amat. Untuk mendapatkan harga
anomali bouger lengkap digunakan persamaan sebagai berikut :
(2.39)
-
29
Dengan :
CBA = anomali bouger lengkap
Gobs = harga gravitasi pengamatan yang sudah dikoreksi pasang surut dan
Drift
g = harga gravitasi teoritis ditempat pengamatan
FAC = koreksi udara bebas
Bc = koreksi bouger
Tc = koreksi terrain
I. Moving Average
Metode moving average merupakan salah satu cara untuk memisahkan
anomali regional-residual dengan noise. Metode moving average dilakukan
dengan cara merata-ratakan nilai anomali, proses perata-rataan dilakukan untuk
tiap titik pengamatan dan bergerak dari satu titik ke titik lainnya. Hasil metode
moving average adalah anomali regional, sedangkan anomali residualnya
diperoleh dengan mengurangkan anomali Bouguer lengkap terhadap anomali
regional.
Secara matematis pada kasus satu dimensi anomali regional dari moving
average adalah:
(2.40)
Dimana N adalah lebar window yang harus bilangan ganjil, n adalah (N-1)/2.
-
30
Penerapan moving average pada data dua dimensi dengan lebar windows
5x5 dapat diilustrasikan pada gambar 2.12. Nilai gr pada suatu titik dapat
dihitung dengan merata-ratakan semua nilai gbouguer di dalam sebuah kotak
persegi dengan titik pusat adalah titik yang akan dihitung harga gR.
Gambar 2.12 Ilustrasi moving average dua dimensi dengan lebar windows 5x5 (http://id/wikipedia.org)
Persamaannya diberikan oleh:
(2.41)
J. Pemodelan 2D
Pemodelan 2D ini dibutuhkan dalam interpretasi kuantitatif. Interpretasi
pemodelan 2D bertujuan untuk menggambarkan distribusi rapatmassa bawah
permukaan dan geometris benda dibawah permukaan berdasarkan kontras
rapatmassa lateral. Pada penelitian ini digunakan pemodelan kedepan (forward
modelling), menggunakan software Gmsys yang berdasarkan pada metode
poligon Talwani 2D karena bentuk geometris polygon menggambarkan kontras
rapatmassa semua bentuk benda, sedangkan bentuk geometris lainnya seperti
sphere, horizontal cylinder, vertical cylinder, baried slab, infinite slab,
horizontal rectanguler prism, vertical rectanguler prism dan step hanya
-
31
digunakan untuk model pendekatan benda sederhana yang menyerupai bentuk
geometris tersebut.
K. Poligon Talwani 2D
Menurut Talwani et al pemodelan metode kedepan untuk efek gravitasi
benda bawah permukaan dengan penampang berbentuk sembarang dapat
diwakili oleh suatu poligon bersisi n yang dinyatakan sebagai inetgral garis
sepanjang sisi-sisi poligon.
gz= 2 G
(2.42)
integral garis tersebut dapat pula dinyatakan sebagai jumlah garis tiap sisinya,
sehingga persamaan (2.36) dapat ditulis sebagai berikut:
gz= 2 G g1 (2.43)
Model benda anomali sembarang oleh Talwani didekati dengan poligon-poligon
dengan sistem koordinat kartesian yang digambarkan seperti di bawah ini:
Untuk benda poligon sederhana seperti pada gambar (2.13) dapat ditunjukkan
dengan persamaan sebagai berikut:
g1= d (2.44)
Gambar 2.13 Efek benda bentuk poligon anomali gravitai menurut Talwani et al.(16)
-
32
Sehingga diperoleh:
g1= a1sin1cos1 {( 1+2) ln( )} (2.45)
Dimana :
a1 = x2 z2 cot 1 = x2 z2 ( ) (2.46)
Dengan :
1= tan-1 ( ) (2.47)
1 = tan-1 ( ) (2.48)
Persamaan (2.48) dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana, dengan
mensubstitusikan harga-harga sin , cos , tan dengan koordinat titik sudut
poligon pada sumbu x dan z, sebagai berikut :
Z1 = { 1 - 2 + )} (2.49)
Persamaan (2.49) di atas dijadikan sebagai dasar perhitungan model bawah
permukaan yang berbentuk perangkat lunak (software). Dalam pemodelan
dilakukan dengan menggunakan software Gmsys Oasis-Montaj.
L. Interpretasi
1. Interpretasi kualitatif
Interpretasi kualitatif ini dilakukan dengan mengamati data gayaberat yang
berupa anomali Bouger. Anomali Bouger akan memberikan hasil secara global,
-
33
yang masih memiliki anomali regional dan anomali residual. Hasil dari
interpretasi ini dapat menafsirkan pengaruh anomali berdasarkan bentuk benda.
Misalnya, pada peta anomali Bouger diperoleh bentuk kontur tertutup, maka
dapat ditafsirkan sebagai struktur batuan berupa lipatan (sinklin atau antiklin)
atau patahan. Untuk dapat mengamati lebih jelas struktur geologi bawah
permukaan daerah penelitian dapat dibantu dengan peta kontur anomali residual,
karena mencerminkan anomali lokal daerah penelitian. Identifikasi adannya
formasi patahan/sesar di bawah permukaan daerah penelitian berdasarkan
interpretasi kualitatif yakni dari peta kontur anomali Bouger lengkap dan
residual ditunjukkan dengan adanya struktur kelurusan pola dan arah anomali,
dapat juga ditunjukkan dengan anomali rendah pada kedua peta kontur tersebut.
2. Interpretasi kuantitatif
Interpretasi kuantitatif dilakukan untuk memahami lebih dalam hasil dari
interpretasi kualitatif, caranya dengan membuat model 2D berupa penampang
bawah permukaan yang garis lintasannya diambil dari peta kontur anomali
Bouger lengkap. Selanjutnya kita akan mendapatkan bentukan penampang
model 2D struktur geologi bawah permukaan pada daerah penelitian dan jenis
lapisan batuan penyusun di daerah penelitian, yang dibantu dengan data geologi
dari peta geologi daerah penelitian. . Langkah awal pemodelan adalah dengan
mencoba berbagai kemungkinan model geologi bawah permukaan, penggunaan
rapatmassa penyusun daerah penelitian pada setiap lapisan dari model geologi
yang dihasilkan ditentukan berdasarkan perkiraan model geologi (hasil
-
34
interpretasi), ditunjang dengan rapatmassa Telford dan rapatmassa dari literatur
lain serta jenis lapisan batuan penyusun bawah permukaan ditentukan dari
lapisan batuan penyusun bawah permukaan pada strukur lapisan dan stratigrafi
daerah penelitian dari peta geologi. Hasil bentukan model 2D struktur bawah
permukaan harus menyerupai bentukan struktur geologi daerah penelitian.
M. Patahan/sesar
Gambar 2.14 Sesar bumi (Earth fault)
(http://id/wikipedia.org/wiki/sesar)
Patahan terjadi karena adanya tekanan atau gerakan tektonik secara
horizontal maupun vertikal pada kulit bumi yang rapuh. Patahan sering disebut
juga sesar. Sesar normal terjadi jika batuan yang berada dibawah permukaan
bumi merosot ke bawah akibat batuan di kedua sisinya bergerak saling menjauh.
Sesar terbalik (reveres fault) terjadi jika batuan yang menumpu terangkat ke atas
akibat batuan penumpu di ke dua sisinya bergerak saling mendorong. Sedangkan
sesar geseran jurus (strike-slip fault) terjadi jika ke dua batuan pada sesar
bergerak saling menggeser satu sama lain. Sesar normal dan sesar terbalik
-
35
keduanya menghasilkan perpindahan secara vertikal (vertical displacement),
sedangkan sesar geseran jurus (strik - slip) mengalami perpindahan secara
horizontal. Pada dasarnya fluida - fluida yang secara progresif terkonsentrasi di
bawah permukaan dapat menyembur ke permukaan jika cukup tekanan atau jika
cukup perbedaan tekanan dan temperatur. Kondisi itu selanjutnya dapat
terpenuhi apabila terdapat jalur terbuka, seperti patahan.
1. Patahan/Sesar Watukosek
Patahan Watukosek merupakan sesar turun geser mengiri. Reaktifasi sesar
ini kemungkinan akibat dari aktifitas tektonik seperti gempabumi, menyebabkan
pergerakan segmen struktur geologi pada wilayah semburan lumpur Porong dan
sekitarnya, sehingga ada blok batuan yang mengalami perubahan posisi baik
secara vertikal maupun horizontal. Pergerakkan itu menyebabkan blok batuan
mengalami retak menembus sampai ke permukaan, sehingga material lumpur,
fluida dan gas yang terdapat didaerah sekitar dapat menyembur keluar ke atas
permukaan. Patahan Watukosek berarah baratdaya-timurlaut dari eksplorasi
BJP-1 Porong. Berdasarkan hipotesa yang berkembang saat ini karena letaknya
tersebut, menjadikan patahan ini sebagai salah satu sarana keluarnya semburan
lumur Porong ke atas permukaan.
N. Lumpur Porong
1. Definisi lumpur
-
36
Lumpur adalah material-material yang berasal dari perut bumi yang
mengandung mineral, gas, dan kandungan tanah yang keluar ke permukaan
sehingga menjadi limbah yang tidak terpakai (Aristianto). Lumpur Porong
bersifat plastis bahkan bergerak (mobile, karena sifatnya itu maka lumpur dapat
keluar melalui bidang patahan. Semburan lumpur panas Porong merupakan
proses geologi, material yang keluar dari perut bumi akibat patahan yang
menjadi sarana keluarnya. Menurut Dr. Syamsul dari tim penelitian semburan
lumpur Ikatan Ahli Geologi Indonesia (IAGI) mengatakan fluida yang
terkonsentrasi di bawah permukaan bumi memang dapat menyembur ke
permukaan jika ada cukup perbedaan tekanan dan temperatur. Kondisi ini dapat
terpenuhi jika ada jalur terbuka, seperti patahan. Semburan lumpur panas Porong
dikategorikan dalam tiga jenis yaitu
a. Lumpur panas (yang belum terpisah)
b. Air lumpur
c. Padatan lumpur
O. Daerah Berpotensi Munculnya Semburan Lumpur
Terkait dengan pola stratigrafi syarat sebagai daerah yang berpotensi
munculnya semburan lumpur, daerah tersebut memiliki :
1. Cekungan
Berdasarkan penamaan satuan stratigrafi menurut Pringgoprawiro,
(1982) Cekungan Jawa Timur bagian Utara dikenal dengan sebagai daerah yang
mengalami penurunan pada zaman Oligo Miosen (Asikin, 1986), pada daerah
-
37
ini terdapat dua cekungan yang berbeda yaitu Cekungan Kendeng dan Cekungan
Rembang (Pringgoprawiro, 1982). Cekungan kendeng merupakan Zona Central
Depression di Jawa akibat dari tumbukan lempeng Eurasia dengan lempeng
India-Australia, sehingga banyak terdapat patahan-patahan yang masih aktif.
Dalam tatanan geologi Jawa Timur, lumpur Porong terdapat di "Cekungan
pengendapan Porong" (Porong Sub-Basin) yang terletak diantara sesar-sesar (patahan)
yang sebagian masih aktif, merupakan bagian dari Cekungan Sentral (Central Deep)
yang mempunyai tatanan geologi dan struktur yang kompleks. Menurut van Bemmelen
(1949) data geologi menunjukkan bahwa baik stratigrafi maupun tektonika Zona
Kendeng bagian timur yang berada diutara sub-cekungan Porong, masih berada dalam
keadaan berevolusi (proses tektonik masih berlangsung) dibandingkan dengan di bagian
tengah dan barat. Menurut Duyfjes (1938), juga memperlihatkan bahwa antiklin
Gujangan dekat Surabaya dan Pulungan di sebelah selatannya, dipotong oleh sesar
transversi, dengan bagian timurnya yang turun. Sesar tersebut merupakan tanda
peralihan antara bagian ujung dari zona Kendeng (yang telah terlipat lemah) yang
menunjam di Delta Porong dengan Selat Madura yang masih menurun dan diisi oleh
sedimen yang belum terlipat. Keadaan tersebut menunjang bahwa proses gerak-gerak
tektonik di wilayah cekungan Porong masih berlangsung.
2. Endapan Sedimen
Endapan sedimen dengan formasi Ngimbang merupakan endapan
sedimen paling tua sebagai pengisi cekungan Jawa Timur, mempunyai fasies
yang terdiri dari perulangan batupasir, serpih, dan batu lanau dengan lumpur.
Litologi paling dominan adalah lempung, lumpur-gas alam, umur dari formasi
-
38
ini adalah Oligosen Awal. Serta endapan sedimen dengan formasi Kujung,
formasi bagian dari Mandala Rembang namun pada zaman Oligosen, sedimen
formasi ini membagi kearah selatan kedalam cekungan yang lebih dalam dari
Mandala Kendeng akibat pengaruh tektonik Half Grabben (BPPKA Pertamina
1996).
3. Deformasi
Deformasi merupakan manifestasi dari zona konvergen pada konsep
tektonik lempeng yang diakibatkan oleh gaya kompresi berarah relatif utara-
selatan dengan tipe deformasi berupa deformasi ductile yang pada fase
terakhirnya berubah menjadi deformasi brittle berupa pergeseran blok-blok
dasar cekungan.. Deformasi pertama yang terjadi pada Zona Kendeng terjadi
pada akhir Pliosen (Plio-Plistosen), Zona Kendeng. intensitas gaya kompresi
semakin besar kearah bagian barat yang menyebabkan banyak dijumpai lipatan
overturned dan sesar naik. Deformasi kedua terjadi selama kuarter yang
berlangsung secara lambat dan mengakibatkan terbentuknya struktur kubah di
Sangiran. Secara umum struktur-struktur yang ada pada Zona Kendeng berupa
lipatan, sesar naik, sesar geser, dan struktur kubah.
4. Gunungapi Purba
Mengenai terdapatnya endapan lumpur material sedimen didaerah
penelitian menurut Pringgoprawiro (1982) material sedimen didaerah penelitian
berasal dari produk gunung api purba yang terbentuk akibat adanya busur
-
39
magmatik hasil tumbukan lempeng. Secara regional daerah pelitian termasuk
kedalam cekungan belakang busur (back arc) yang kaya akan endapan sedimen.
5. Mud Volcano (Gunung Lumpur)
Mud Volcano merupakan sebuah terminologi didalam ilmu geologi yang
bersifat genetik. Gunung lumpur merupakan perwujudan dari suatu formasi
batuan berbutir pasir hingga lempung dan mempunyai densitas kecil yang
mengalami perubahan akibat adanya tekanan aktivitas tektonik yang
menyebabkan formasi tersebut tidak terkonsolidasi (unconsolidation formation)
karena sifatnya yang lentur. Kenampakan dari mud volcano tidak harus selalu
dalam bentuk dome atau kerucut namun dapat merupakan massa yang tidak
kompeten (incompetent masses), sebagai lapisan yang tertekan maka lapisan
tersebut akan bergerak mencari kesetimbangan dan mengalami pencairan
(fluidize) sehingga mudah bergerak melalui zona lemah seperti patahan dan
rekahan dan dapat naik muncul kepermukaan. Daerah penelitian termasuk
kedalam Cekungan Kendeng yang secara geologi merupakan cekungan pada
daerah back arc fold thrust belt, Pringgoprawiro (1982).
Mud volcano banyak muncul di sepanjang zona depresi/cekungan
Kendeng. Posisi geologi yang berdekatan deretan gunung berapi/busur magma
inilah yang menyebabkan daerah semburan lumpur berpotensi terkoneksi
dengan sistem geotermal komplek gunung api Penanggungan. Proses
sedimentasi yang cepat dengan material kaya organik dan letaknya sangat dalam
pada lingkungan yang sesuai, menyebabkan wilayah ini kaya akan kandungan
-
40
gas dan minyak. Sedangkan sedimen yang tidak terkompaksi sempurna, akibat
proses tektonik yang terus berlangsung maupun akibat pembebanan lapisan yang
ada di atasnya, banyak memunculkan bentukan mud diapir (gunung lumpur).
Permeabilitas batuan yang rendah menjadi penghalang fluida formasi yang
tersimpan dalam pori batuan mencapai keseimbangan hidrostatis sehingga
terjadi 'over pressure', menghasilkan tekanan fluida yang akan ikut menyangga
tekanan pembebanan. Bila kondisi bawah permukaan terganggu, lumpur beserta
fluida dan gas berpotensi ke luar ke permukaan melalui rekahan maupun sesar
dan membentuk gunung lumpur. Hal yang sangat umum menunjukkan bahwa
adanya rembesan berupa lumpur dan gas, yang muncul ke permukaan, biasanya
menandakan kehadiran mud-volcano di bawahnya melalui manifestasi
permukaan tersebut (Tarigan, 2005).
