Pendahuluan
Semakin banyaknya kebutuhan energi sebagai pemenuhan
kebutuhan manusia dan tingkat populasi yang semakin bertambah menyebabkan pasokan
energi yang semakin banyak. Ketergantungan manusia pada energi fosil (minyak
bumi, gas bumi, dan batubara) seakan sudah menjadi kebutuhan pokok yang tidak
dapat dipisahkan.
Energi
fosil merupakan energi yang diperbarui dalam kurun waktu yang sangat lama. Jadi
energi fosil yang tersedia di dalam bumi terbatas oleh penggunaan energi fosil
itu sendiri. Pemanfaatan energi fosil juga menimbulkan dampak negatif pada lingkungan
dimana salah satunya adalah polusi udara. Keterbatasan jumlah dan dampak negatif
yang ditimbulkan oleh energi fosil menimbulkan pemikiran untuk mencari energi
alternatif. Energi alternatif ini diharapkan dapat menunjang kelangsungan hidup
manusia dan ramah lingkungan sekaligus
sebagai pengganti energi fosil yang semakin sulit dicari.
Bertolak
dari hal diatas, panas bumi dapat dijadikan sebagai energi alternatif. Sumber
panas bumi bersifat abadi karena sumbernya adalah magma dari dalam bumi.
Pemanfaatan panas bumi sebagai sumber energi
tidak merusak lingkungan karena rendahnya polusi yang ditimbulkan. Sumber
panas bumi dapat ditemukan pada daerah gunungapi karena sumber panasnya adalah
magma yang berada di dalam kantung magma. Indonesia adalah negara yang
mempunyai banyak gunungapi yang masih aktif, sehingga cukup mudah untuk mencari
daerah yang prospek sebagai sumber panas bumi.
Metode-metode
geofisika yang dapat dipakai untuk eksplorasi panas bumi, meliputi : Metode
Magnetik, Gravitasi, Self Potential, Resistivity (mapping dan sounding), Seismik Refraksi, CSAMT (Controlled Source Audio Magneto-Telluric),
dan suhu. Setiap metode memberikan hasil yang mungkin tidak sama, akan tetapi
integrasi dari semua metode diharapkan dapat memberikan hasil yang akurat.
Metode Magnetotelurik merupakan salah satu metode
geofisika yang digunakan untuk memetakan struktur resistivitas bawah permukaan.
Metode ini menggunakan sumber gelombang elektromagnetik matahari dan aktifitas
petir bumi. Kemampuannya dalam pemetaan kontras resistivitas struktur dalam dan
teknik akuisisi per titik menyebabkan metode ini menjadi tulang punggung
eksplorasi panas bumi. Pemodelan struktur resistivitas 2D dengan Magnetotelurik
memperjelas struktur geologi bawah permukaan sehingga validasi model dengan
informasi geologi dekat permukaan dapat ditingkatkan. Maka interpretasi zona
cap, reservoir dan heat source dapat dilakukan dengan lebih baik.
Pada metode pengukuran magnetotellurik dilakukan di
dua atau beberapa tempat yang berbeda secara simultan. Magnetometer SEQUID
digunakan untuk mengukur fuluktuasi dua komponen medan magnet yang tegak lurus
terhadap arah horizontal. Data diperoleh dari dua situs tersubut kemudian dianalisis
dengan menggunakan medan magnet dari situs lain yang jauh sebagai referensi.
Dengan mengalikan medan listrik dan medan magnet dari kedua persamaan
yang berhubungan dengan komponen Fourier dengan medan magnet dari referensi.
Dan diambil rata-rata crossproduct-nya, tensor impedansi non-bias akan
diperoleh. Nilai resisitivitas akan diperoleh dengan menyelesaikan hubungan
antara perioda dan impedansi.
I. Maksud dan Tujuan
Maksud dan
tujuan kerja praktek ini adalah :
1. Mengenal, memahami dan mempraktekkan akuisisi,
pemrosessan dan interpretasi MT untk eksplorassi geothermal.
2. Memberi pengalaman kerja yang sesungguhnya
pada mahasiswa sebagai bekal untuk terjun ke dunia kerja nanti.
3. Memenuhi salah satu mata kuliah wajib
Program Studi Geofisika FMIPA-UGM.
II.
Dasar Teori
Metode magnetotelurik (MT)
merupakan salah satu dari metode geofisika guna menentukan nilai tahanan jenis
batuan bawah permukaan untuk mempelajari struktur geologi dengan cara
memanfaatkan gelombang elektrornagnetik. Ketergantungan fenomena listrik magnet
terhadap sifat kelistrikan batuan, terutama konduktifitas bumi digunakan
sebagai konsep dasar metode MT. Hal ini
dilakukan dengan mengukur secara simultan variasi rnedan listrik (E) dan medan
magnet (H) sebagai fungsi frekuensi untuk rnenentukan struktur tahanan-jenis
dalam bumi. Besarnya penetrasi kedalaman (skin-depth, δ) gelombang
elektromagnetik dipengaruhi oleh
frekuensi, permeabilitas dan konduktifitas medium bumi. "Skin-depth" adalah
kedalaman pada medium homogen (bumi) yang ditempuh gelombang elektromagnetik sehingga
intensitasnya menurun sebesar e-1
terhadap nilai intensitas di permukaan bumi, dan dinyatakan dalam bentuk
persamaan (Philip, 1993):
dengan :
δ adalah skin depth (m).
ρ adalah tahanan jenis medium (Ω
m).
f adalah frekuensi (Hz).
σ adalah konduktifitas
(mho/meter).
μ adalah permeabilitas magnetik
(H/m).
Adanya efek "skin-depth"
pada gelombang elektromagnet, yaitu kedalaman penetrasi gelombang elektromagnet
akan besar jika frekuensi kecil dan sebaliknya kedalaman penetrasi gelombang elektromagnet
akan kecil jika frekuensi besar.
Konsep Dasar Metode Magnetotelurik
Konsep dasar metode MT adalah pada suatu titik pengamatan
yang akan diselidiki, nilai tahanan jenis batuan bawah permukaannya dapat
ditentukan dengan melakukan pengukuran tangensial medan listrik dan medan
magnetik dari gelombang elektromagnetik yang berasal dari alam atau batuan
(Keller dan Kaufinan, 1981).
Nilai perbandingan antara
intensitas medan listrik dan medan magnetik menunjukkan sifat impedansi medan
elektromagnet (Vozzof, 1972).
dengan :
Z adalah impedansi (Ω)
E adalah medan listrik (V/m).
H adalah medan magnet (A./m)
dengan;
ρ adalah tahanan-jenis medium (Ωm)
f adalah frekuensi (Hz)
Perbandingan kecepatan gelombang
elektromagnetik di dalam bumi dengan konduktifitas lebih rendah dari pada
medium dielektrik di udara, dinyatakan sebagai (Vozzof, 1972) ;
Gambar
3.1. Pembiasan gelombang permukaan elektromagnetik di permukaan bumi ( diambil dari Vozzof, 1972)
Medan Elektromagnetik
Selanjutnya adalah bahasan
pengertian medan elektromagnetik berdasarkan asumsi Cagniard dalam Widarto
(1995):
1.Bumi/tanah dianggap horisontal
yang terdiri dari banyak lapisan dengan masing-masing lapisan merupakan suatu
medium yang bersifat homogen isotropik.
2.Gelombang elektromagnetik (EM)
yang berinteraksi dengan bumi merupakan gelombang bidang. Yang dimaksud dengan gelombang
bidang ialah gelombang yang hanya menjalar dalam arah penjalaran gelombang dan
akan konstan pada bidang yang tegak lurus dengan arah penjalarannya.
Kedua asumsi mengarah pada hal
yang lebih khusus rnengenai penjalaran gelombang elektromagnetik ke dalam bumi
yaitu (Keller dan Kaufman,1981) :
1.Dari asumsi bahwa
bumi adalah medium homogen isotropic maka jika ada arus listrik konduksi yang
mengalir ke arah sumbu-x maka tidak ada arus listrik konduksi yang mengalir ke
arah sumbu-y.
2.Gelombang elektromagnetik
yang berinteraksi dengan bumi merupakan gelombang bidang yang sejajar dengan
permukaan bumi, dan menjalar dalam arah tegak lurus ke dalam medium (bumi).
Perumusan Persamaan Medan Magnetotelurik
Pembahasan konsep dasar medan
elektromagnetik erat kaitannya dengan
penggunaan persamaan Maxwell.
Pembahasan berikut
dititikberatkan pada pembahasan secara langsung hubungan antara medan listrik
dan medan magnet dalam menyelidiki kondisi bawahpermukaan bumi.
Persamaan Maxwell untuk medan
elektromagnetik dalam domain frekuensi dapat dituliskan (Reddy dan Rankin,
1975);
dengan :
J adalah veklor
kerapatan arus (A/m2).
Ē adalah vektor intensitas medan listrik (V/m).
H adalah vektor intensitas medan magnet (A/m).
j adalah √-1
ω adalah frekuensi sudut (radian/detik) .
μ adalah permeabilitas magnetik (H/m).
ε adalah
permitifitas listrik (F/m).
Untuk medium homogen isotropik
tak bergantung waktu, suhu dan tekanan, persamaan (2.5) dan (2.6) dapat dinyatakan sebagai (Hohmann,
1980) ;
dengan :
Ĵp(ř, t) adalah sumber arus listrik yang
diinjeksikan ke dalam medium.
Mp(ř, t) adalah sumber arus magnetik yang
diinjeksikan ke dalam medium.
Model lapisan tahanan-jenis
bawahpermukaan disajikan pada Gambar 3.2. Pada model ini udara dianggap
memiliki konduktifitas sama dengan nol, σ1, σ2, σ3 konstan dan σa dapat berubah terhadap ruang di dalam batas anomali.
Gambar 3.2. Model lapisan
tahanan-jenis bawahpermukaan (di ambil dari Hohman, 1980)
Dalam
eksplorasi elektromagnet arus
perpindahan dapat diabaikan, sehingga persamaan medan listrik dapat ditulis
kembali (Hohmann, 1980):
dan
medan magnet,
Pada
kedua persamaan di atas, ruas kiri menyatakan medan dan ruas kanan menyatakan
sumber. Untuk mendapatkan persamaan dalam domain frekuensi diperoleh dengan
menggunakan transformasi Fourier berbentuk (Hohmann, 1980):
yang menghasilkan medan listrik:
dan medan
magnet:
dimana
Dalam metode MT, gelombang
elektromagnetik merupakan gelombang bidang dan dapat dinyatakan sebagai
superposisi dari TE (Transverse Electric) dan TM (Transverse Magnetic) dengan vector
perambatan searah dengan vektor perambatan gelombang bidang.
Persamaan yang menghasilkan
medan listrik dan medan magnet menjadi persamaan akhir dari metode magnetotelurik untuk
dua-dimensi (Hohmann, 1980) :
Untuk
TM- Mode :
Untuk
TE-Mode :
Kedua persamaan di atas disebut
sebagai persamaan Hemholtz, yang digunakan sebagai dasar perumusan pada paket
program MT2DFEM dengan mengubah ke dalam persamaan elemen hingga.
Dalam pemodelan dua-dimensi,
sistem koordinat kartesian dapat didefinisikan sebagai berikut : sumbu-x
sebagai arah Jurus (jurus adalah suatu
arah yang ditentukan oleh struktur, sebagairnana bidang patahan memotong secara
horisontal (Parker, 1994)); sumbu-y sebagai arah horizontal dalam penampang
dua-dimensi dan sumbu-z sebagai arah vertikal (kedalaman) yang berharga positif
ke arah bawah. Dalam kasus dua-dimensi, persamaan Maxwell dapat dinyatakan ke
dalam dua bentuk (mode) polarisasi, yaitu TE-Mode dan TM-Mode.
TE-Mode (polarisasi medan listrik)
digambarkan bahwa rnedan listrik (E) sejajar terhadap arah jurus dan medan
magnet (H) berada dalam bidang y-z. Sedang TM-Mode (polarisasi medan magnet) digambarkan
bahwa medan magnet (H) sejajar arah jurus dan medan listrik (E) berada dalam
bidang y-z. Kedua bentuk polarisasi tersebut disajikan pada gambar di bawah
ini.
Cagniard dalam Widarto (1950)
memberikan batasan tahanan-jenis semu dalam hubungannya dengan impedansi gelombang
permukaan bumi sebagai berikut;
dengan :
ρa adalah tahanan-jenis semu (Ωm)
f adalah frekuensi
(Hz)
Z adalah tensor impedansi (Ω
Dengan menggunakan persamaan di
bawah kita peroleh besaran tahanan-jenis semu (ρa) untuk TE-mode dan
TM-mode.
TE-Mode (E-Polarisasi)
TM-Mode (H-Polarisasi)
Fasa didapat dari persamaan dibawah ini:
TE-Mode (E-Polarisasi)
dan
TM-Mode (H-Polarisasi)
III.
Rencana Kerja Praktek
Bidang studi
Bidang
studi yang akan dipelajari pada kerja praktek ini meliputi akuisisi,
pemrosessan data dan interpretasi MT untuk eksplorasi geothermal dengan menggunakan fasilitas yang disediakan
perusahaan.
Waktu dan tempat
pelaksanaan
Kerja
praktek ini diharapkan dapat terlaksana pada :
Tanggal : 1 Maret 2012 – selesai atau menyesuaikan jadwal dari instansi
Tempat : Pusat Sumber Daya Geologi
IV.
Penutup
Demikian
proposal ini kami buat dengan harapan rencana kerja praktek ini dapat diterima.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar