Komputasi Dan Analisis Multi-Processing Data Sub-Bottom Profiler Untuk Karakterisasi Sedimen Permukaan Dasar Laut.
KOMPUTASI DAN ANALISIS MULTIPROCESSING DATA
SUB-BOTTOM PROFILER UNTUK KARAKTERISASI
SEDIMEN PERMUKAAN DASAR LAUT
SAIFUR ROHMAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Komputasi dan Analisis
Multiprocessing Data Sub-Bottom Profiler untuk Karakterisasi Sedimen
Permukaan Dasar Laut adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, 4 Agustus 2015
Saifur Rohman
C552130121
RINGKASAN
SAIFUR ROHMAN. Komputasi dan Analisis Multi-Processing Data Sub-Bottom
Profiler untuk Karakterisasi Sedimen Permukaan Dasar Laut. Dibimbing oleh
HENRY M. MANIK, TOTOK HESTIRIANOTO, dan IMAM MUDITA.
Peningkatan aktivitas manusia di bidang kelautan seperti operasi pengerukan
(dredging), eksplorasi minyak dan gas, penambangan pasir mineral, dan berbagai
penelitian kelautan telah mengakibatkan permintaan yang mendesak terhadap peta
dasar laut yang akurat. Sub-bottom Profiler (SBP) adalah sistem akustik yang
digunakan untuk menggambarkan lapisan sedimen dan batuan di bawah dasar laut,
serta memberikan informasi tentang ketebalan sedimen dan stratigrafinya.
Oleh karena itu, penelitian ini memiliki tiga tujuan utama yaitu sebagai
berikut: (1) untuk menentukan profil (2D) dari lapisan sedimen permukaan dasar
laut menggunakan pemrosesan sinyal digital; (2) untuk memperoleh nilai koefisien
refleksi dari lapisan sedimen permukaan dasar laut dengan pemodelan dan teknik
analitis; dan (3) untuk menganalisis lapisan sedimen berdasarkan pada nilai
envelope.
Proses akuisisi data dilakukan menggunakan SBP jenis sparker single
channel oleh BPPT, yaitu survei pemeliharaan pipa migas dan kabel listrik
Pertamina tahun 2010 yang berada di sebelah timur pantai Balongan, Indramayu.
Pengambilan sampel sedimen dasar laut menggunakan gravity corer.
Hasil dari pengolahan data mentah SBP dengan Matlab di dekat lokasi B19
diperoleh profil 2D dari lapisan sedimen. Dimana terlihat jelas dasar laut dan
reflektornya serta memiliki nilai koefisien refleksi dari sedimen permukaan berkisar
0.1079 hingga 0.2894. Selain itu, teknik analitis untuk estimasi parameter sedimen
dari data laboratorium ditunjukkan sebagai pembanding. Hasil sedimennya berupa
silt/lanau dengan nilai koefisien refleksi adalah 0.2807.
Hasil analisis dari lapisan sedimen pemukaan dasar laut di dekat lokasi B19
diperoleh nilai rata-rata evelope adalah -18,5825 dB. Principal Component Analysis
diterapkan untuk membentuk pendekatan data seismik trace dan diperoleh berupa
trace seismik dengan pengurangan noise yang signifikan.
Kata kunci: SBP, pemrosesan sinyal, 2 dimensi, koefisien refleksi, lapisan sedimen
SUMMARY
SAIFUR ROHMAN. Computation and Analysis of The Sub-Bottom Profiler Data
Multiprocessing for Characterizing Near-Surface Sediment. Supervised by
HENRY M. MANIK, TOTOK HESTIRIANOTO and IMAM MUDITA.
The increased human activity in the marine sector, such as dredging
operations, oil and gas exploration, mineral sands mining and various marine
research has led to an imperative demand for accurate seafloor maps. Sub-bottom
profilers (SBP) are acoustic systems used to image sediment layers and rocks
beneath the seabed, providing information about sediment thicknesses and
stratigraphy.
Therefore, this research has three main objectives that include the following:
(1) to determine the profile (2D) of the near-surface sediment layers using digital
signal processing; (2) to obtain the value of the reflection coefficient of the nearsurface sediment layers with modeling and analytical techniques; and (3) to analyze
the sediment layers that was based on the value of instantaneous energy (envelope).
The process of data acquisition was conducted using SBP type of a single
channel sparker by BPPT, that was the survey of oil and gas pipeline maintenance
and electrical cable Pertamina in 2010, which was on the east coast Balongan,
Indramayu. Whereas for seafloor sediment sampling was used gravity corer.
The results of the processing of the raw data with Matlab nearby B19 (coring)
has been obtained 2D profile of seabed sediment and reflector, which was clearly
visible and had a reflection coefficient value of the near-surface sediment about
0.1079 to 0.2894. In addition, analytical techniques for parameter estimation of
sediment from laboratory data was performed as a comparison. The result of
sediment in the form of silt with reflection coefficient value was 0.2807.
The results of the analysis from near-surface sediment layer nearby B19 has
been obtained the mean value of instantaneous amplitude was -18.5825 dB. The
principle component analysis was applied to synthetic seismic data and obtained a
trace with significantly attenuated noise.
Keywords : SBP, signal processing, 2-dimensional, reflection coefficient, sediment
layer
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KOMPUTASI DAN ANALISIS MULTIPROCESSING DATA
SUB-BOTTOM PROFILER UNTUK KARAKTERISASI
SEDIMEN PERMUKAAN DASAR LAUT
SAIFUR ROHMAN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Susilo Hadi
Judul Tesis
Nama
NIM
: Komputasi dan Analisis Multiprocessing Data Sub-Bottom
Profiler untuk Karakterisasi Sedimen Permukaan Dasar
Laut
: Saifur Rohman
: C552130121
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr. Henry M. Manik, S.Pi, MT
Ketua
Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc
Anggota
Dr. Ir. Imam Mudita, M.Eng.Sc
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Kelautan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Jonson L. Gaol, M.Si
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian: 14 September 2015
Tanggal Lulus:……………
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan November 2014 hingga Juli 2015 ini ialah
seismik laut, dengan judul Komputasi dan Analisis Multiprocessing Data SubBottom Profiler untuk Karakterisasi Sedimen Permukaan Dasar Laut yang
merupakan hasil Survei Pemeliharaan Pipa Migas Pertamina Balongan, Indramayu,
yang dilakukan oleh Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) .
Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Henry M. Manik, Dr.
Totok Hestirianoto, dan Dr. Iman Mudita selaku pembimbing, serta Bapak Yudo
Hariyadi dan Rahadian dari BPPT yang telah membantu selama pengumpulan data.
Di samping itu, banyak terima kasih penulis sampaikan kepada Direktorat Jendral
Pendidikan Tinggi (Dikti) atas beasiswa BPPDN (Beasiswa Pendidikan
Pascasarjana Dalam Negeri) yang telah diberikan. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, 5 Agustus 2015
Saifur Rohman
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
x
x
xi
1
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
2 TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Dasar Seismologi
2
2
Trace seismik kompleks
4
Resolusi Vertikal dan Horizontal
4
Prinsip Kerja Sub-bottom Profiler
5
Interaksi Dasar Laut
7
Pemantulan dari permukaan dasar dan layer
7
Hamburan dasar laut
8
Spesifikasi Teknik SQUID 500
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Lokasi Penelitian
8
10
10
Peralatan Survei dan Akuisisi Data
10
Pengolahan Data Sub-bottom Profiler
11
Konversi data SBP
11
Pengolahan data di Matlab
11
Perhitungan Analitis Data Sedimen
22
Analisis Sedimen Berdasarkan Energi
23
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Informasi Frekuensi Raw Data
26
26
Profil 2D di Lokasi Dekat B19
26
Koefisien Refleksi Hasil Pemodelan
28
Perhitungan Analitis Sedimen
31
Analisis Sedimen Berdasarkan Energi
33
5 SIMPULAN DAN SARAN
37
DAFTAR ISI (lanjutan)
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
38
40
44
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Karakteristik sistem dari berbagai kelas sub-bottom profiler
Tabel 2 Data kuantitatif trace di lokasi B19
Tabel 3 Hasil perhitungan nilai koefisien refleksi secara analitis
Tabel 4 Nilai pantulan energi dari sedimen jenis lanau
6
30
32
36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Sinyal seismik pada kertas perekaman garfik
Gambar 2 Model konvolusi dari trace seismik refleksi
Gambar 3 Bermacam-macam refleksi multiple di dalam tanah berlapis
Gambar 4 Trace seismik komplek z (t)
Gambar 5 Energi dikembalikan ke sumber dari semua poin sebuah reflektor
Gambar 6 Pemasangan berbagai sistem sub-bottom profiler
Gambar 7 Refleksi dari dasar perairan
Gambar 8 Pantulan gelombang suara pada layers
Gambar 9 Hamburan gelombang suara di permukaan dasar
Gambar 10 Bentuk pulsa Squid 500 pada energi input 500 J
Gambar 11 Peta lokasi survei
Gambar 12 Diagram alir konversi data SBP
Gambar 13 Contoh data SBP awal sebelum koreksi di lokasi coring B19
Gambar 14 Hasil koreksi amplitudo
Gambar 15 Echo envelope (dB) dari data sebelum dan sesudah koreksi
amplitudo pertama
Gambar 16 Hasil dari Fast Fourier Transform data SBP
Gambar 17 Data hasil bandpass filter dalam domain waktu
Gambar 18 Hasil dekonvolusi spike dari data di lokasi B19
Gambar 19 Hasil analisis power spectral density dengan periodogram
Gambar 20 Hasil dekonvolusi spike dan AGC dari data di lokasi B19
Gambar 21 Wavelet ricker yang diaplikasikan dalam model
Gambar 22 Diagram alir pengolahan data SBP di Matlab
Gambar 23 Hasil spectrogram dari trace ke 812 di lokasi B19
Gambar 24 Profil 2D di lokasi B19
Gambar 25 Hasil klasifikasi
Gambar 26 Nilai mutlak dari koefisien refleksi di lokasi B19
Gambar 27 Kiri adalah trace seismik hasil rekaman asli dan kanan adalah…
Gambar 28 Koefisien korelasi antara trace sintetik dengan trace seismik
Gambar 29 Hasil perhitungan data seismik: Kiri adalah data real dan…..
3
3
4
4
5
6
7
8
8
9
10
11
11
13
14
16
16
19
19
20
21
22
26
27
28
29
31
31
33
Gambar 30 Nilai envelope dari keseluruhan data (mV)
Gambar 31 Kiri adalah envelope keseluruhan data (dB) sebelum PCA dan
kanan adalah envelope hasil PCA
Gambar 32 Kanan adalah nilai envelope rata-rata dari keseluruhan data (dB)
dan kiri adalah nilai envelope dari lokasi coring B19
33
34
35
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Kapal dan peralatan survei yang digunakan
Lampiran 2 Hasil analisis sedimen coring lokasi B19 dari Laboratorium
Lampiran 3 Contoh data amplitudo hasil ekstrak dari data SBP
Lampiran 4 Sintak Principal Component Analysis metode SVD
40
41
42
43
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Peningkatan aktivitas di bidang kelautan seperti operasi pengerukan
(dredging), eksplorasi minyak dan gas, penambangan pasir dan mineral, dan
berbagai penelitian antara lain geologi kelautan, morfologi, dan oseanografi telah
menyebabkan sebuah permintaan utama dalam peta-peta dasar laut yang akurat.
Aplikasi seperti pemasangan pipa dan kabel laut membutuhkan pengetahuan dari
topografi dasar laut dan informasi detil tentang komposisi dasar laut, baik sedimen
permukaan maupun lapisan sedimen yang lebih dalam. Cara konvensional dari
perolehan informasi tentang komposisi seafloor, seperti pengambilan sampel
sedimen fisik secara langsung membutuhkan biaya yang mahal dan banyak
menghabiskan waktu. Oleh karena itu, teknik menarik yang menyediakan cakupan
spasial yang tinggi dengan biaya yang terbatas dan waktu yang cukup singkat sangat
dibutuhkan. Salah satunya adalah penginderaan jauh menggunakan gelombang
akustik (Saleh 2010).
Beberapa tahun terakhir, metode akustik juga telah digunakan untuk
mengukur proses dan struktur sedimen skala kecil, dengan resolusi temporal dan
spasial tinggi, dan telah banyak diadopsi oleh para peneliti kelautan karena
kemampuannya dalam mengumpulkan data secara cepat dan tidak merusak (Davis
et al. 2002, Kim et al. 2002). Sub-bottom Profiler (SBP) adalah sistem akustik
tradisional yang digunakan untuk menggambarkan lapisan sedimen dan batuan di
bawah dasar laut, memberikan informasi tentang ketebalan sedimen dan stratigrafi.
Teknik SBP mirip dengan yang digunakan oleh single-beam echosounders, tapi
pada frekuensi yang lebih rendah, sehingga gelombang suara mampu menembus
dasar laut (English Heritage 2013).
Perumusan Masalah
Pengolahan data Sub-Bottom Profiler (SBP) pada umumnya berupa
penguatan sinyal dan pemfilteran noise (bandpass filter) untuk mendapatkan profil
vertikal dari sedimen. Hasil yang diperoleh berupa profil 2 dimensi dengan resolusi
yang rendah. Penelitian ini berusaha memperbaiki proses pengolahan data
sederhana tersebut, dengan menitikberatkan pada pemrosesan sinyal digital lebih
lanjut dari data mentah SBP, untuk menghasilkan peta 2 dimensi dari lapisan
sedimen secara lebih detil menggunakan Matlab.
Pengaplikasian metode seismik inversi digunakan untuk memprediksi nilai
koefisien refleksi lapisan sedimen. Teknik analitis perhitungan koefisien refleksi
sedimen dari data laboratorium juga dilakukan sebagai pembanding hasil dari
metode inversi. Analisis lanjut berupa nilai envelope digunakan untuk mengetahui
karakter sinyal digital dari sedimen permukaan dasar laut.
Data akuisisi SBP lokasi coring B19 dipilih karena topografi dasar lautnya
yang horizontal dan kualitas datanya yang baik. Diharapkan lebih stabil dan mudah
dalam pengaplikasian pemodelan.
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah menentukan gambaran profil 2D dari lapisan
sedimen permukaan dasar laut (near-surface sediment), memperoleh nilai koefisien
refleksi dari lapisan sedimen permukaan dasar laut dengan pemodelan dan teknik
analitis, dan menganalisis lapisan sedimen berdasarkan energi (envelope).
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini yaitu memberikan informasi mengenai pemrosesan
sinyal data Sub-Bottom Profiler lebih lanjut menggunakan Matlab untuk
menghasilkan profil 2 dimensi yang lebih detil. Aplikasi metode seismik inversi
juga dipakai untuk mengestimasi koefisien refleksi lapisan sedimen.
Analisis terhadap nilai koefisien refleksi dan amplitudo gelombang suara
yang kembali, memungkinkan untuk memperoleh informasi mengenai struktur dan
kekerasan dasar laut. Hasilnya digunakan sebagai identifikasi sedimen dasar laut
yang membantu dalam penentuan lokasi pemasangan pipa dan kabel di dasar laut.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini menggunakan data seismik refleksi di laut dangkal. Kajian lebih
terfokus pada lapisan sedimen dasar laut hingga kedalaman kurang dari 30 m.
Penelitian ini hanya menganalisis karakteristik sedimen permukaan dasar laut
tertentu dikarenakan keterbatasan data yang dimiliki. Selain itu, pemrosesan sinyal
digital untuk menghasilkan profil vertikal 2 dimensi tidak selengkap pada
pemrosesan jenis seismik multi channel dikarenakan jenis data dari penelitian ini
adalah single channel.
2 TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Dasar Seismologi
Dalam survei seismik, gelombang seismik dibuat oleh sebuah sumber yang
dikontrol dan menjalar melalui bawah permukaan (the subsurface). Beberapa
gelombang akan kembali ke permukaan setelah mengalami refraksi atau refleksi
pada batas-batas geologi di dalam bawah permukaan. Instrumen yang dipasang di
permukaan akan mendeteksi pergerakan tanah yang disebabkan oleh gelombang
yang kembali dan karenanya mengukur waktu tiba gelombang pada rentang yang
berbeda dari sumbernya. Waktu perjalanan (travel times) ini dapat dikonversi
menjadi nilai kedalaman. Oleh karena itu, distribusi dari interface geologi bawah
permukaan dapat dipetakan secara sistematik (Kearey et al. 2002).
Survei seismik pertama dilakukan sekitar tahun 1920. Dimana mewakili
sebuah perkembangan alami dari metode yang telah lama dibangun, yaitu
seismologi gempa bumi yang mana travel times dari gelombang gempa bumi
3
direkam pada pengamatan seismologi, yang digunakan untuk menghasilkan
informasi pada struktur internal bumi (Kearey et al. 2002).
Single channel reflection profiling adalah sebuah metode survei seismik yang
sederhana tetapi efektif yang penggunaannya secara luas di lepas pantai (offshore).
Sistem perekaman analog digunakan dalam single channel profiling adalah relatif
murah untuk mengoperasikan. Tidak ada biaya pemrosesan dan rekaman seismik
dihasilkan secara real time dengan perekaman peta yang kontinyu dari bandpass
filter dan penguat sinyal, dan terkadang dengan TVG /time variable gain (Gambar
1) ( Kearey et al. 2002 ).
Gambar 1 Sinyal seismik pada kertas perekaman garfik dari sebuah
rekorder oseanogarfik ( Kearey et al. 2002 )
Trace seismik mewakili respon kombinasi dari tanah yang berlapis dan sistem
perekaman untuk sebuah pulsa seismik (Gambar 2). Setiap tampilan dari kumpulan
satu atau lebih trace seismik disebut seismogram. Kumpulan trace tersebut
mewakili respon dari serangkaian detektor/penerima untuk energi dari satu
tembakan disebut shot gather. Kumpulan trace yang berkaitan dengan respon
seismik pada satu titik tengah permukaan disebut common mid-point gather atau
CMP gather ( Kearey et al. 2002 ).
Gambar 2 Model konvolusi dari trace seismik refleksi (Kearey et al. 2002)
Sinar gelombang (rays) yang kembali ke permukaan setelah mengalami
pemantulan pada antarmuka (interface) tunggal, yang dikenal sebagai primary
reflections. Selain itu, terdapat juga pola sinar yang kembali ke permukaan setelah
memantul pada lebih dari satu antarmuka. Sinar tersebut disebut reverberations,
4
multiple reflections atau multiples (Kearey et al. 2002). Beberapa kemungkinan ray
paths yang melibatkan refleksi multiple ditunjukkan pada Gambar 3 berikut:
Gambar 3 Bermacam-macam refleksi multiple di dalam tanah berlapis
( Kearey et al. 2002 )
Trace seismik kompleks
Konsep dari trace seismik kompleks adalah diilustrasikan Gambar 4, dimana
x (t) mewakili trace seismik riil dan y (t) adalah Hilbert transform dari x (t) atau
bagian imajiner dari x (t) yang didapat dengan Hilbert transform. Kebanyakan
software pemrosesan data seismik modern dan sistem interpretasi 3-D berisi
algoritma Hilbert transform dan mengizinkan pengguna untuk membuat fungsi y
(t) ditunjukkan Gambar 4.
Dua data vektor x (t) dan y (t) ditampilkan dalam space 3 dimensi (x, y, t)
dalam ilustrasi, dimana t adalah seismik traveltime, x adalah bidang data riil, dan y
adalah bidang imajiner. Dalam format trace kompleks ini, trace seismik aktual x (t)
hanya terbatas pada bidang x riil, dan y (t) adalah Hilbert transform dari x (t), hanya
terbatas pada bidang y imajiner. Ketika x (t) dan y (t) ditambahkan secara vektor,
hasilnya adalah sebuah trace seismik kompleks z (t) dalam bentuk spiral heliks yang
membentang sepanjang, dan berpusat sekitar sumbu waktu t. Proyeksi fungsi
kompleks ini z (t) ke bidang real adalah trace seismik riil, dan proyeksi dari z (t)
ke dalam bidang imajiner adalah y (t), yang dihitung dengan Hilbert transform dari
x (t) (AGI 1999).
Gambar 4 Trace seismik komplek z (t) (AGI 1999)
Resolusi Vertikal dan Horizontal
Survei refleksi biasanya dirancang untuk memberikan penetrasi kedalaman
tertentu dan tingkat resolusi tertentu dari geologi bawah permukaan di kedua
5
dimensi vertikal dan horizontal. Resolusi vertikal adalah sebuah ukuran
kemampuan untuk mengenali individu, reflektor spasi dekat, dan ditentukan oleh
panjang pulsa pada penampang seismik yang terekam. Sebuah pulsa yang
terpantulkan diwakili oleh sebuah wavelet sederhana, kemungkinan resolusi
maksimum adalah di antara seperempat dan seperdelapan dari panjang gelombang
yang dominan dari pulsa (Kearey et al. 2002).
Ada dua kontrol utama pada resolusi horizontal dari sebuah survei refleksi,
salah satunya intrinsik untuk proses fisik dari refleksi dan lainnya ditentukan oleh
jarak detektor. Bagian dari reflektor dimana energi dikembalikan dalam setengah
panjang gelombang dari kedatangan terpantul awal diketahui sebagai Fresnel zone
atau bagian dari interface dari mana energi dikembalikan (Gambar 5).
Gambar 5 Energi dikembalikan ke sumber dari semua poin sebuah reflektor
(Kearey et al. 2002)
Lebar zona Fresnel merupakan batas mutlak pada resolusi horizontal dari
sebuah survei refleksi karena reflektor dipisahkan oleh jarak yang lebih kecil dari
ini yang tidak dapat secara individual dibedakan. Lebar w dari Fresnel zone
berhubungan dengan panjang gelombang dominan λ dari sumber dan kedalaman
reflektor z dengan
=
λ
untuk z >> λ (Kearey et al. 2002).
Prinsip Kerja Sub-bottom Profiler
Sistem Sub-bottom profiling terdiri dari sumber suara, baik ditarik di
belakang kapal atau dipasang ke lambung, menghasilkan pulsa akustik yang diatur
frekuensi, daya, dan durasi waktunya. Pulsa akustik yang dihasilkan dapat
digambarkan sebagai single-beam. Pulsa akustik bergerak melalui kolom air
(dipengaruhi oleh suhu air, salinitas dan konsentrasi bahan tersuspensi) dan
menembus dasar laut (Gambar 6). Beberapa sinyal akustik dipantulkan dari dasar
laut, sedangkan sisanya menembus dasar laut dan terpantulkan kembali ketika
bertemu batas antara lapisan yang memiliki impedansi akustik yang berbeda.
Impedansi akustik material (Z) tergantung pada densitas bulk basah sedimen (ρ),
dan kecepatan gelombang (c), dimana:
Z= ρ.c
(1)
6
Gambar 6 Pemasangan berbagai sistem sub-bottom profiler (Penrose et al. 2005)
Perbedaan Sub-bottom Profiler (SBP) dengan seismik refleksi dangkal adalah
SBP digunakan untuk menggambarkan lapisan sedimen sedikit di bawah
permukaan dasar laut serta memberikan informasi ketebalan sedimen dan
stratigrafinya. Sedangkan persamaannya ialah menggunakan metode yang sama
yaitu seismik refleksi.
Tipe dari sub-bottom profiler (Tabel 1) dapat dikategorikan menjadi sistem
frekuensi tinggi (1-30 kHz) dan sistem frekuensi tinggi yang menghasilkan profil
resolusi rendah. Adapun contoh dari sistem frekuensi tinggi seperti sistem chirper
dan pinger, sedangkan untuk frekuensi rendah seperti water and air guns, sparkers,
sleeve exploders, bubble pursers, dan boomers. Dalam sistem frekuensi rendah,
sumber energi mentransmisikan sinyal berisi spektrum yang luas dan membutuhkan
secara terpisah hydrophone array yang diderek untuk menerima sinyal pantulan
(Penrose et al. 2005).
Tabel 1 Karakteristik sistem dari berbagai kelas sub-bottom profiler (Penrose et al.
2005)
System
Sparker
Chirper
Boomer
Pinger
Operating
frequency
Acoustic
source
50 Hz – 4 electrical
kHz
spark
in water
swept 1–10 swept
kHz
frequency
transducer
(1-10 kHz)
300 Hz – 3 boomer
kHz
plate
tuned
combined
between 2 – piezo12 kHz(eg transducer/
3.5 kHz)
transceiver
Receive
array
Typical
resolution
Depth of
penetration
Source
mounting
style
towed
towed
streamer
0
�
SUB-BOTTOM PROFILER UNTUK KARAKTERISASI
SEDIMEN PERMUKAAN DASAR LAUT
SAIFUR ROHMAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Komputasi dan Analisis
Multiprocessing Data Sub-Bottom Profiler untuk Karakterisasi Sedimen
Permukaan Dasar Laut adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, 4 Agustus 2015
Saifur Rohman
C552130121
RINGKASAN
SAIFUR ROHMAN. Komputasi dan Analisis Multi-Processing Data Sub-Bottom
Profiler untuk Karakterisasi Sedimen Permukaan Dasar Laut. Dibimbing oleh
HENRY M. MANIK, TOTOK HESTIRIANOTO, dan IMAM MUDITA.
Peningkatan aktivitas manusia di bidang kelautan seperti operasi pengerukan
(dredging), eksplorasi minyak dan gas, penambangan pasir mineral, dan berbagai
penelitian kelautan telah mengakibatkan permintaan yang mendesak terhadap peta
dasar laut yang akurat. Sub-bottom Profiler (SBP) adalah sistem akustik yang
digunakan untuk menggambarkan lapisan sedimen dan batuan di bawah dasar laut,
serta memberikan informasi tentang ketebalan sedimen dan stratigrafinya.
Oleh karena itu, penelitian ini memiliki tiga tujuan utama yaitu sebagai
berikut: (1) untuk menentukan profil (2D) dari lapisan sedimen permukaan dasar
laut menggunakan pemrosesan sinyal digital; (2) untuk memperoleh nilai koefisien
refleksi dari lapisan sedimen permukaan dasar laut dengan pemodelan dan teknik
analitis; dan (3) untuk menganalisis lapisan sedimen berdasarkan pada nilai
envelope.
Proses akuisisi data dilakukan menggunakan SBP jenis sparker single
channel oleh BPPT, yaitu survei pemeliharaan pipa migas dan kabel listrik
Pertamina tahun 2010 yang berada di sebelah timur pantai Balongan, Indramayu.
Pengambilan sampel sedimen dasar laut menggunakan gravity corer.
Hasil dari pengolahan data mentah SBP dengan Matlab di dekat lokasi B19
diperoleh profil 2D dari lapisan sedimen. Dimana terlihat jelas dasar laut dan
reflektornya serta memiliki nilai koefisien refleksi dari sedimen permukaan berkisar
0.1079 hingga 0.2894. Selain itu, teknik analitis untuk estimasi parameter sedimen
dari data laboratorium ditunjukkan sebagai pembanding. Hasil sedimennya berupa
silt/lanau dengan nilai koefisien refleksi adalah 0.2807.
Hasil analisis dari lapisan sedimen pemukaan dasar laut di dekat lokasi B19
diperoleh nilai rata-rata evelope adalah -18,5825 dB. Principal Component Analysis
diterapkan untuk membentuk pendekatan data seismik trace dan diperoleh berupa
trace seismik dengan pengurangan noise yang signifikan.
Kata kunci: SBP, pemrosesan sinyal, 2 dimensi, koefisien refleksi, lapisan sedimen
SUMMARY
SAIFUR ROHMAN. Computation and Analysis of The Sub-Bottom Profiler Data
Multiprocessing for Characterizing Near-Surface Sediment. Supervised by
HENRY M. MANIK, TOTOK HESTIRIANOTO and IMAM MUDITA.
The increased human activity in the marine sector, such as dredging
operations, oil and gas exploration, mineral sands mining and various marine
research has led to an imperative demand for accurate seafloor maps. Sub-bottom
profilers (SBP) are acoustic systems used to image sediment layers and rocks
beneath the seabed, providing information about sediment thicknesses and
stratigraphy.
Therefore, this research has three main objectives that include the following:
(1) to determine the profile (2D) of the near-surface sediment layers using digital
signal processing; (2) to obtain the value of the reflection coefficient of the nearsurface sediment layers with modeling and analytical techniques; and (3) to analyze
the sediment layers that was based on the value of instantaneous energy (envelope).
The process of data acquisition was conducted using SBP type of a single
channel sparker by BPPT, that was the survey of oil and gas pipeline maintenance
and electrical cable Pertamina in 2010, which was on the east coast Balongan,
Indramayu. Whereas for seafloor sediment sampling was used gravity corer.
The results of the processing of the raw data with Matlab nearby B19 (coring)
has been obtained 2D profile of seabed sediment and reflector, which was clearly
visible and had a reflection coefficient value of the near-surface sediment about
0.1079 to 0.2894. In addition, analytical techniques for parameter estimation of
sediment from laboratory data was performed as a comparison. The result of
sediment in the form of silt with reflection coefficient value was 0.2807.
The results of the analysis from near-surface sediment layer nearby B19 has
been obtained the mean value of instantaneous amplitude was -18.5825 dB. The
principle component analysis was applied to synthetic seismic data and obtained a
trace with significantly attenuated noise.
Keywords : SBP, signal processing, 2-dimensional, reflection coefficient, sediment
layer
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KOMPUTASI DAN ANALISIS MULTIPROCESSING DATA
SUB-BOTTOM PROFILER UNTUK KARAKTERISASI
SEDIMEN PERMUKAAN DASAR LAUT
SAIFUR ROHMAN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Susilo Hadi
Judul Tesis
Nama
NIM
: Komputasi dan Analisis Multiprocessing Data Sub-Bottom
Profiler untuk Karakterisasi Sedimen Permukaan Dasar
Laut
: Saifur Rohman
: C552130121
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr. Henry M. Manik, S.Pi, MT
Ketua
Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc
Anggota
Dr. Ir. Imam Mudita, M.Eng.Sc
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Kelautan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Jonson L. Gaol, M.Si
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian: 14 September 2015
Tanggal Lulus:……………
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan November 2014 hingga Juli 2015 ini ialah
seismik laut, dengan judul Komputasi dan Analisis Multiprocessing Data SubBottom Profiler untuk Karakterisasi Sedimen Permukaan Dasar Laut yang
merupakan hasil Survei Pemeliharaan Pipa Migas Pertamina Balongan, Indramayu,
yang dilakukan oleh Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) .
Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Henry M. Manik, Dr.
Totok Hestirianoto, dan Dr. Iman Mudita selaku pembimbing, serta Bapak Yudo
Hariyadi dan Rahadian dari BPPT yang telah membantu selama pengumpulan data.
Di samping itu, banyak terima kasih penulis sampaikan kepada Direktorat Jendral
Pendidikan Tinggi (Dikti) atas beasiswa BPPDN (Beasiswa Pendidikan
Pascasarjana Dalam Negeri) yang telah diberikan. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, 5 Agustus 2015
Saifur Rohman
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
x
x
xi
1
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
2 TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Dasar Seismologi
2
2
Trace seismik kompleks
4
Resolusi Vertikal dan Horizontal
4
Prinsip Kerja Sub-bottom Profiler
5
Interaksi Dasar Laut
7
Pemantulan dari permukaan dasar dan layer
7
Hamburan dasar laut
8
Spesifikasi Teknik SQUID 500
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Lokasi Penelitian
8
10
10
Peralatan Survei dan Akuisisi Data
10
Pengolahan Data Sub-bottom Profiler
11
Konversi data SBP
11
Pengolahan data di Matlab
11
Perhitungan Analitis Data Sedimen
22
Analisis Sedimen Berdasarkan Energi
23
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Informasi Frekuensi Raw Data
26
26
Profil 2D di Lokasi Dekat B19
26
Koefisien Refleksi Hasil Pemodelan
28
Perhitungan Analitis Sedimen
31
Analisis Sedimen Berdasarkan Energi
33
5 SIMPULAN DAN SARAN
37
DAFTAR ISI (lanjutan)
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
38
40
44
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Karakteristik sistem dari berbagai kelas sub-bottom profiler
Tabel 2 Data kuantitatif trace di lokasi B19
Tabel 3 Hasil perhitungan nilai koefisien refleksi secara analitis
Tabel 4 Nilai pantulan energi dari sedimen jenis lanau
6
30
32
36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Sinyal seismik pada kertas perekaman garfik
Gambar 2 Model konvolusi dari trace seismik refleksi
Gambar 3 Bermacam-macam refleksi multiple di dalam tanah berlapis
Gambar 4 Trace seismik komplek z (t)
Gambar 5 Energi dikembalikan ke sumber dari semua poin sebuah reflektor
Gambar 6 Pemasangan berbagai sistem sub-bottom profiler
Gambar 7 Refleksi dari dasar perairan
Gambar 8 Pantulan gelombang suara pada layers
Gambar 9 Hamburan gelombang suara di permukaan dasar
Gambar 10 Bentuk pulsa Squid 500 pada energi input 500 J
Gambar 11 Peta lokasi survei
Gambar 12 Diagram alir konversi data SBP
Gambar 13 Contoh data SBP awal sebelum koreksi di lokasi coring B19
Gambar 14 Hasil koreksi amplitudo
Gambar 15 Echo envelope (dB) dari data sebelum dan sesudah koreksi
amplitudo pertama
Gambar 16 Hasil dari Fast Fourier Transform data SBP
Gambar 17 Data hasil bandpass filter dalam domain waktu
Gambar 18 Hasil dekonvolusi spike dari data di lokasi B19
Gambar 19 Hasil analisis power spectral density dengan periodogram
Gambar 20 Hasil dekonvolusi spike dan AGC dari data di lokasi B19
Gambar 21 Wavelet ricker yang diaplikasikan dalam model
Gambar 22 Diagram alir pengolahan data SBP di Matlab
Gambar 23 Hasil spectrogram dari trace ke 812 di lokasi B19
Gambar 24 Profil 2D di lokasi B19
Gambar 25 Hasil klasifikasi
Gambar 26 Nilai mutlak dari koefisien refleksi di lokasi B19
Gambar 27 Kiri adalah trace seismik hasil rekaman asli dan kanan adalah…
Gambar 28 Koefisien korelasi antara trace sintetik dengan trace seismik
Gambar 29 Hasil perhitungan data seismik: Kiri adalah data real dan…..
3
3
4
4
5
6
7
8
8
9
10
11
11
13
14
16
16
19
19
20
21
22
26
27
28
29
31
31
33
Gambar 30 Nilai envelope dari keseluruhan data (mV)
Gambar 31 Kiri adalah envelope keseluruhan data (dB) sebelum PCA dan
kanan adalah envelope hasil PCA
Gambar 32 Kanan adalah nilai envelope rata-rata dari keseluruhan data (dB)
dan kiri adalah nilai envelope dari lokasi coring B19
33
34
35
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Kapal dan peralatan survei yang digunakan
Lampiran 2 Hasil analisis sedimen coring lokasi B19 dari Laboratorium
Lampiran 3 Contoh data amplitudo hasil ekstrak dari data SBP
Lampiran 4 Sintak Principal Component Analysis metode SVD
40
41
42
43
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Peningkatan aktivitas di bidang kelautan seperti operasi pengerukan
(dredging), eksplorasi minyak dan gas, penambangan pasir dan mineral, dan
berbagai penelitian antara lain geologi kelautan, morfologi, dan oseanografi telah
menyebabkan sebuah permintaan utama dalam peta-peta dasar laut yang akurat.
Aplikasi seperti pemasangan pipa dan kabel laut membutuhkan pengetahuan dari
topografi dasar laut dan informasi detil tentang komposisi dasar laut, baik sedimen
permukaan maupun lapisan sedimen yang lebih dalam. Cara konvensional dari
perolehan informasi tentang komposisi seafloor, seperti pengambilan sampel
sedimen fisik secara langsung membutuhkan biaya yang mahal dan banyak
menghabiskan waktu. Oleh karena itu, teknik menarik yang menyediakan cakupan
spasial yang tinggi dengan biaya yang terbatas dan waktu yang cukup singkat sangat
dibutuhkan. Salah satunya adalah penginderaan jauh menggunakan gelombang
akustik (Saleh 2010).
Beberapa tahun terakhir, metode akustik juga telah digunakan untuk
mengukur proses dan struktur sedimen skala kecil, dengan resolusi temporal dan
spasial tinggi, dan telah banyak diadopsi oleh para peneliti kelautan karena
kemampuannya dalam mengumpulkan data secara cepat dan tidak merusak (Davis
et al. 2002, Kim et al. 2002). Sub-bottom Profiler (SBP) adalah sistem akustik
tradisional yang digunakan untuk menggambarkan lapisan sedimen dan batuan di
bawah dasar laut, memberikan informasi tentang ketebalan sedimen dan stratigrafi.
Teknik SBP mirip dengan yang digunakan oleh single-beam echosounders, tapi
pada frekuensi yang lebih rendah, sehingga gelombang suara mampu menembus
dasar laut (English Heritage 2013).
Perumusan Masalah
Pengolahan data Sub-Bottom Profiler (SBP) pada umumnya berupa
penguatan sinyal dan pemfilteran noise (bandpass filter) untuk mendapatkan profil
vertikal dari sedimen. Hasil yang diperoleh berupa profil 2 dimensi dengan resolusi
yang rendah. Penelitian ini berusaha memperbaiki proses pengolahan data
sederhana tersebut, dengan menitikberatkan pada pemrosesan sinyal digital lebih
lanjut dari data mentah SBP, untuk menghasilkan peta 2 dimensi dari lapisan
sedimen secara lebih detil menggunakan Matlab.
Pengaplikasian metode seismik inversi digunakan untuk memprediksi nilai
koefisien refleksi lapisan sedimen. Teknik analitis perhitungan koefisien refleksi
sedimen dari data laboratorium juga dilakukan sebagai pembanding hasil dari
metode inversi. Analisis lanjut berupa nilai envelope digunakan untuk mengetahui
karakter sinyal digital dari sedimen permukaan dasar laut.
Data akuisisi SBP lokasi coring B19 dipilih karena topografi dasar lautnya
yang horizontal dan kualitas datanya yang baik. Diharapkan lebih stabil dan mudah
dalam pengaplikasian pemodelan.
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah menentukan gambaran profil 2D dari lapisan
sedimen permukaan dasar laut (near-surface sediment), memperoleh nilai koefisien
refleksi dari lapisan sedimen permukaan dasar laut dengan pemodelan dan teknik
analitis, dan menganalisis lapisan sedimen berdasarkan energi (envelope).
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini yaitu memberikan informasi mengenai pemrosesan
sinyal data Sub-Bottom Profiler lebih lanjut menggunakan Matlab untuk
menghasilkan profil 2 dimensi yang lebih detil. Aplikasi metode seismik inversi
juga dipakai untuk mengestimasi koefisien refleksi lapisan sedimen.
Analisis terhadap nilai koefisien refleksi dan amplitudo gelombang suara
yang kembali, memungkinkan untuk memperoleh informasi mengenai struktur dan
kekerasan dasar laut. Hasilnya digunakan sebagai identifikasi sedimen dasar laut
yang membantu dalam penentuan lokasi pemasangan pipa dan kabel di dasar laut.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini menggunakan data seismik refleksi di laut dangkal. Kajian lebih
terfokus pada lapisan sedimen dasar laut hingga kedalaman kurang dari 30 m.
Penelitian ini hanya menganalisis karakteristik sedimen permukaan dasar laut
tertentu dikarenakan keterbatasan data yang dimiliki. Selain itu, pemrosesan sinyal
digital untuk menghasilkan profil vertikal 2 dimensi tidak selengkap pada
pemrosesan jenis seismik multi channel dikarenakan jenis data dari penelitian ini
adalah single channel.
2 TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Dasar Seismologi
Dalam survei seismik, gelombang seismik dibuat oleh sebuah sumber yang
dikontrol dan menjalar melalui bawah permukaan (the subsurface). Beberapa
gelombang akan kembali ke permukaan setelah mengalami refraksi atau refleksi
pada batas-batas geologi di dalam bawah permukaan. Instrumen yang dipasang di
permukaan akan mendeteksi pergerakan tanah yang disebabkan oleh gelombang
yang kembali dan karenanya mengukur waktu tiba gelombang pada rentang yang
berbeda dari sumbernya. Waktu perjalanan (travel times) ini dapat dikonversi
menjadi nilai kedalaman. Oleh karena itu, distribusi dari interface geologi bawah
permukaan dapat dipetakan secara sistematik (Kearey et al. 2002).
Survei seismik pertama dilakukan sekitar tahun 1920. Dimana mewakili
sebuah perkembangan alami dari metode yang telah lama dibangun, yaitu
seismologi gempa bumi yang mana travel times dari gelombang gempa bumi
3
direkam pada pengamatan seismologi, yang digunakan untuk menghasilkan
informasi pada struktur internal bumi (Kearey et al. 2002).
Single channel reflection profiling adalah sebuah metode survei seismik yang
sederhana tetapi efektif yang penggunaannya secara luas di lepas pantai (offshore).
Sistem perekaman analog digunakan dalam single channel profiling adalah relatif
murah untuk mengoperasikan. Tidak ada biaya pemrosesan dan rekaman seismik
dihasilkan secara real time dengan perekaman peta yang kontinyu dari bandpass
filter dan penguat sinyal, dan terkadang dengan TVG /time variable gain (Gambar
1) ( Kearey et al. 2002 ).
Gambar 1 Sinyal seismik pada kertas perekaman garfik dari sebuah
rekorder oseanogarfik ( Kearey et al. 2002 )
Trace seismik mewakili respon kombinasi dari tanah yang berlapis dan sistem
perekaman untuk sebuah pulsa seismik (Gambar 2). Setiap tampilan dari kumpulan
satu atau lebih trace seismik disebut seismogram. Kumpulan trace tersebut
mewakili respon dari serangkaian detektor/penerima untuk energi dari satu
tembakan disebut shot gather. Kumpulan trace yang berkaitan dengan respon
seismik pada satu titik tengah permukaan disebut common mid-point gather atau
CMP gather ( Kearey et al. 2002 ).
Gambar 2 Model konvolusi dari trace seismik refleksi (Kearey et al. 2002)
Sinar gelombang (rays) yang kembali ke permukaan setelah mengalami
pemantulan pada antarmuka (interface) tunggal, yang dikenal sebagai primary
reflections. Selain itu, terdapat juga pola sinar yang kembali ke permukaan setelah
memantul pada lebih dari satu antarmuka. Sinar tersebut disebut reverberations,
4
multiple reflections atau multiples (Kearey et al. 2002). Beberapa kemungkinan ray
paths yang melibatkan refleksi multiple ditunjukkan pada Gambar 3 berikut:
Gambar 3 Bermacam-macam refleksi multiple di dalam tanah berlapis
( Kearey et al. 2002 )
Trace seismik kompleks
Konsep dari trace seismik kompleks adalah diilustrasikan Gambar 4, dimana
x (t) mewakili trace seismik riil dan y (t) adalah Hilbert transform dari x (t) atau
bagian imajiner dari x (t) yang didapat dengan Hilbert transform. Kebanyakan
software pemrosesan data seismik modern dan sistem interpretasi 3-D berisi
algoritma Hilbert transform dan mengizinkan pengguna untuk membuat fungsi y
(t) ditunjukkan Gambar 4.
Dua data vektor x (t) dan y (t) ditampilkan dalam space 3 dimensi (x, y, t)
dalam ilustrasi, dimana t adalah seismik traveltime, x adalah bidang data riil, dan y
adalah bidang imajiner. Dalam format trace kompleks ini, trace seismik aktual x (t)
hanya terbatas pada bidang x riil, dan y (t) adalah Hilbert transform dari x (t), hanya
terbatas pada bidang y imajiner. Ketika x (t) dan y (t) ditambahkan secara vektor,
hasilnya adalah sebuah trace seismik kompleks z (t) dalam bentuk spiral heliks yang
membentang sepanjang, dan berpusat sekitar sumbu waktu t. Proyeksi fungsi
kompleks ini z (t) ke bidang real adalah trace seismik riil, dan proyeksi dari z (t)
ke dalam bidang imajiner adalah y (t), yang dihitung dengan Hilbert transform dari
x (t) (AGI 1999).
Gambar 4 Trace seismik komplek z (t) (AGI 1999)
Resolusi Vertikal dan Horizontal
Survei refleksi biasanya dirancang untuk memberikan penetrasi kedalaman
tertentu dan tingkat resolusi tertentu dari geologi bawah permukaan di kedua
5
dimensi vertikal dan horizontal. Resolusi vertikal adalah sebuah ukuran
kemampuan untuk mengenali individu, reflektor spasi dekat, dan ditentukan oleh
panjang pulsa pada penampang seismik yang terekam. Sebuah pulsa yang
terpantulkan diwakili oleh sebuah wavelet sederhana, kemungkinan resolusi
maksimum adalah di antara seperempat dan seperdelapan dari panjang gelombang
yang dominan dari pulsa (Kearey et al. 2002).
Ada dua kontrol utama pada resolusi horizontal dari sebuah survei refleksi,
salah satunya intrinsik untuk proses fisik dari refleksi dan lainnya ditentukan oleh
jarak detektor. Bagian dari reflektor dimana energi dikembalikan dalam setengah
panjang gelombang dari kedatangan terpantul awal diketahui sebagai Fresnel zone
atau bagian dari interface dari mana energi dikembalikan (Gambar 5).
Gambar 5 Energi dikembalikan ke sumber dari semua poin sebuah reflektor
(Kearey et al. 2002)
Lebar zona Fresnel merupakan batas mutlak pada resolusi horizontal dari
sebuah survei refleksi karena reflektor dipisahkan oleh jarak yang lebih kecil dari
ini yang tidak dapat secara individual dibedakan. Lebar w dari Fresnel zone
berhubungan dengan panjang gelombang dominan λ dari sumber dan kedalaman
reflektor z dengan
=
λ
untuk z >> λ (Kearey et al. 2002).
Prinsip Kerja Sub-bottom Profiler
Sistem Sub-bottom profiling terdiri dari sumber suara, baik ditarik di
belakang kapal atau dipasang ke lambung, menghasilkan pulsa akustik yang diatur
frekuensi, daya, dan durasi waktunya. Pulsa akustik yang dihasilkan dapat
digambarkan sebagai single-beam. Pulsa akustik bergerak melalui kolom air
(dipengaruhi oleh suhu air, salinitas dan konsentrasi bahan tersuspensi) dan
menembus dasar laut (Gambar 6). Beberapa sinyal akustik dipantulkan dari dasar
laut, sedangkan sisanya menembus dasar laut dan terpantulkan kembali ketika
bertemu batas antara lapisan yang memiliki impedansi akustik yang berbeda.
Impedansi akustik material (Z) tergantung pada densitas bulk basah sedimen (ρ),
dan kecepatan gelombang (c), dimana:
Z= ρ.c
(1)
6
Gambar 6 Pemasangan berbagai sistem sub-bottom profiler (Penrose et al. 2005)
Perbedaan Sub-bottom Profiler (SBP) dengan seismik refleksi dangkal adalah
SBP digunakan untuk menggambarkan lapisan sedimen sedikit di bawah
permukaan dasar laut serta memberikan informasi ketebalan sedimen dan
stratigrafinya. Sedangkan persamaannya ialah menggunakan metode yang sama
yaitu seismik refleksi.
Tipe dari sub-bottom profiler (Tabel 1) dapat dikategorikan menjadi sistem
frekuensi tinggi (1-30 kHz) dan sistem frekuensi tinggi yang menghasilkan profil
resolusi rendah. Adapun contoh dari sistem frekuensi tinggi seperti sistem chirper
dan pinger, sedangkan untuk frekuensi rendah seperti water and air guns, sparkers,
sleeve exploders, bubble pursers, dan boomers. Dalam sistem frekuensi rendah,
sumber energi mentransmisikan sinyal berisi spektrum yang luas dan membutuhkan
secara terpisah hydrophone array yang diderek untuk menerima sinyal pantulan
(Penrose et al. 2005).
Tabel 1 Karakteristik sistem dari berbagai kelas sub-bottom profiler (Penrose et al.
2005)
System
Sparker
Chirper
Boomer
Pinger
Operating
frequency
Acoustic
source
50 Hz – 4 electrical
kHz
spark
in water
swept 1–10 swept
kHz
frequency
transducer
(1-10 kHz)
300 Hz – 3 boomer
kHz
plate
tuned
combined
between 2 – piezo12 kHz(eg transducer/
3.5 kHz)
transceiver
Receive
array
Typical
resolution
Depth of
penetration
Source
mounting
style
towed
towed
streamer
0
�