METODE SEISMIK

Metode seismik merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukuran dilakukan dengan menggunakan ‘sumber’ seismic (palu, ledakan, dll). Setelah usikan diberikan, terjadi gerakan gelombang di dalam medium (tanah/batuan) yang memenuhi hukum-hukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pemantulan ataupun pembiasan akibat munculnya perbedaan kecepatan. Kemudian, pada suatu jarak tertentu, gerakan partikel tersebut di rekam sebagai fungsi waktu. Berdasar data rekaman inilah dapat ‘diperkirakan’ bentuk lapisan/struktur di dalam tanah.
Eksperimen seismik aktif pertama kali dilakukan pada tahun 1845 oleh Robert Mallet, yang oleh kebanyakan orang dikenal sebagai bapak seismologi instrumentasi.
Mallet mengukur waktu transmisi gelombang seismik, yang dikenal sebagai gelombang permukaan, yang dibangkitkan oleh sebuah ledakan. Mallet meletakkan sebuah wadah kecil berisi merkuri pada beberapa jarak dari sumber ledakan dan mencatat waktu yang diperlukan oleh merkuri untuk be-riak. Pada tahun 1909, Andrija Mohorovicic menggunakan waktu jalar dari sumber gempa bumi untuk eksperimennya dan menemukan keberadaan bidang batas antara mantel dan kerak bumi yang sekarang disebut sebagai Moho.
Pemakaian awal observasi seismik untuk eksplorasi minyak dan mineral dimulai pada tahun 1920an. Teknik seismik refraksi digunakan secara intemsif di Iran untuk membatasi struktur yang mengandung minyak. Tetapi, sekarang seismik refleksi merupakan metode terbaik yang digunakan di dalam eksplorasi minyak bumi. Metode ini pertama kali didemonstrasikan di Oklahoma pada tahun 1921.
Metode seismik merupakan salah satu metoda geofisika yang sering digunakan untuk eksplorasi sumber daya alam dan mineral yang ada di bawah permukaan bumi dengan bantuan gelombang seismik. Eksplorasi dengan menggunakan metode seismik ini banyak dipakai oleh perusahaan-perusahaan pertambangan untuk melakukan pemetaan struktur di bawah permukaan bumi agar bisa melihat kemungkinan adanya kandungan mineral atau logam di bawah permukaan berdasarkan interpretasi dari penampang seismiknya.
Dalam metoda seismik, pengukuran dilakukan dengan menggunakan sumber seismik (ledakan dinamit, vibroseis dll) untuk memberikan rangsangan getaran pada objek (daerah) yang diteliti. Sumber seismik lainnya adalah palu godam (sledgehammer) yang dihantamkan pada pelat besi di atas tanah. Respons yang tertangkap dari tanah diukur dengan sensor yang disebut geofon, yang mengukur perambatan gelombang getaran terhadap pergerakan bumi. Setelah rangsangan diberikan, maka akan terjadi gerakan gelombang di dalam medium (tanah/batuan) yang memenuhi hukum-hukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pemantulan ataupun pembiasan akibat munculnya perbedaan kecepatan. Kemudian, pada suatu jarak tertentu, gerakan partikel tersebut direkam sebagai fungsi waktu. Berdasar data rekaman inilah dapat ‘diperkirakan’ bentuk lapisan/struktur di dalam tanah (batuan).

SEISMIK REFRAKSI
Metoda seismik bias adalah salah satu cara yang dapat dipergunakan untuk menentukan bidang diskontinu dalam tanah (batuan). Dalam metoda ini penelaahan bidang diskontinu dilakukan dengan mengamati waktu tempuh gelombang seismik dari sumber ke seperangkat detektor yang telah diketahui kedudukannya. Dengan beberapa pendekatan, data yang diperoleh dapat dipergunakan untuk menafsirkan struktur batuan di suatu lokasi tertentu.
Metoda seismik refraksi mengukur gelombang datang yang dipantulkan sepanjang formasi geologi di bawah permukaan tanah. Peristiwa refraksi umumnya terjadi pada muka air tanah dan bagian paling atas formasi bantalan batuan cadas. Grafik waktu datang gelombang pertama seismik pada masing-masing geofon memberikan informasi mengenai kedalaman dan lokasi dari horison-horison geologi ini. Informasi ini kemudian digambarkan dalam suatu penampang silang untuk menunjukkan kedalaman dari muka air tanah dan lapisan pertama dari bantalan batuan cadas.
Mekanisme pengambilan data lapangan yang dipergunakan dalam seismik refraksi adalah mengetahui jarak dan waktu yang terekam oleh alat seismograf untuk mengetahui kedalaman dan jenis lapisan tanah yang diteliti. Dari getaran atau gelombang yang diinjeksikan dari permukaan tanah akan merambat kebawah lapisan tanah secara radial yang di mana pada saat bertemu lapisan dengan sifat elastik batuan di bawah permukaan yang berbeda. Maka gelombang yang datang akan mengalami pemantulan dan pembiasan. Gelombang yang melewati bidang batas dengan sifat lapisan yang berbeda akan terpantul dan terbiaskan kepermukaan kemudian di tangkap oleh alat receiver (geophone) yang diletakkan di permukaan
Seismik bias dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada tanah/batuan dari posisi sumber ke penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah usikan pertama (first break) diabaikan, sehingga sebenarnya hanya data first break saja yang dibutuhkan. Parameter jarak (offset) dan waktu jalar dihubungkan oleh sepat rambat gelombang dalam medium. Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal sebagai parameter elastisitas.
Seismik refraksi biasa digunakan untuk penentuan atau pemodelan geologi bawah permukan dengan target dangkal biasanya untuk menentukan bidang lapuk (weathering zone). Gelombang seismik bekerja berdasarkan prinsip penjalaran gelombang secara fisis yang memenuhi beberapa hokum di bawah ini yaitu:

• Asas Fermat yaitu penjalaran gelombang dari satu titik ke titik lainnya menjalar melalui lintasan terpendek.
• Prinsip Huygens yaitu setiap titik yang dilalui muka gelombang akan menjadi sumber gelombang baru.
• Prinsip Snellius yaitu gelombang akan dipantulkan atau dibiaskan pada bidang batas antara dua medium, yang memenuhi persamaan berikut:

Di mana:
i : Sudut datang
r : Sudut bias
V1 : Kecepatan gelombang pada medium 1
V2 : Kecepatan gelombang pada medium 2
Pada metode seismik kondisi bawah permukaan bumi dianggap berlapis-lapis dengan anggapan setiap kondisi batuan menjalarkan gelombang dengan karakter tertentu. Semakin besar kedalaman maka semakin besar pula kecepatan rambat gelombang, hal ini dikarenakan kondisi batuan yang semakin kompak. Apabila penjalaran gelombang melalui kondisi batuan dengan densitas dan elastisitas yang berbeda, maka akan terjadi pemantulan dan pembiasan pada gelombang tersebut.
Prinsip utama yang dipakai metode seismik refraksi ialah penerapan waktu tiba, baik gelombang langsung maupun gelombang refraksi sendiri. Mengingat kecepatan gelombang P lebih besar daripada gelombang S maka kita hanya memperhatiakan gelombang P. Apabila yang kita tinjau adalah gelombang primer (P-Wave) maka akan terjadi empat gelombang baru yaitu P-refreksi (PP1), gelombang S-refreksi (PS1), gelombang P-refraksi (PP2), gelombang S-refraksi (PS2).
Dari hukum Snellius yang diterapkan pada kasus tersebut diperoleh:

Di mana :
Vp1 : Kecepatan gelombang-P di medium 1
Vp2 : Kecepatan gelombang-P di medium 2
Vs1 : Kecepatan gelombang-S di medium 1
Vs2 : Kecepatan gelombang-S di medium 2



Keunggulan dan kelemahan Seismik Refraksi
Metode Seismik Refraksi (Bias)
Keunggulan
Pengamatan refraksi membutuhkan lokasi sumber dan penerima yang kecil, sehingga relatif murah dalam pengambilan datanya
Prosesing refraksi relatif simpel dilakukan kecuali proses filtering untuk memperkuat sinyal first berak yang dibaca.
Karena pengambilan data dan lokasi yang cukup kecil, maka pengembangan model untuk interpretasi tidak terlalu sulit dilakukan seperti metode geofisika lainnya.
Kelemahan
Dalam pengukuran yang regional , Seismik refraksi membutuhkan offset yang lebih lebar.
Seismik bias hanya bekerja jika kecepatan gelombang meningkat sebagai fungsi kedalaman.
Seismik bias biasanya diinterpretasikan dalam bentuk lapisan-lapisan. Masing-masing lapisan memiliki dip dan topografi.
Seismik bias hanya menggunakan waktu tiba sebagai fungsi jarak (offset)
Model yang dibuat didesain untuk menghasilkan waktu jalar teramati.