TINJAUAN PUSTAKA Komputasi dan Analisis Kecepatan Rambat Gelombang Seismik di Perairan Tarakan Bagian Timur Provinsi Kalimantan Utara

2. TINJAUAN PUSTAKA

Teknologi Seismik Metode seismik laut merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukurannya dilakukan dengan menggunakan sumber seismik seperti airgun untuk menghasilkan gelombang suara dan streamer yang ditarik di belakang kapal yang bergerak untuk menangkap sinyal refleksi yang kembali Biescas et al. 2013. Umumnya sinyal pantulan suara sedimen di dasar laut biasanya lebih besar dibandingkan dengan air laut karena pengaruh dari impedansi sedimen tersebut dimana semakin keras suatu objek atau target maka impedansinya akan semakin besar Evans et al. 2007. Gelombang seismik dengan metoda refleksi terbagi atas tiga bagian penting yaitu akuisisi data seismik, pemrosesan data seismik dan intepretasi hasil Hasanudin 2005. Menurut Drijkoningen 2003, ketika sumber suara diberikan terjadi gerakan gelombang di dalam medium tanahbatuan yang memenuhi hukum- hukum elastisitas ke segala arah dan mengalami pemantulan yang kemudian direkam sebagai fungsi waktu. Berdasar data rekaman inilah dapat diperkirakan bentuk lapisanstruktur di dalam tanah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1 menjelaskan sistem kerja seismik laut, pada saat sumber suara dari airgun diledakkan maka suara akan menjalar ke bawah perairan hingga menembus dasar perairan yang kemudian akan diterima kembali oleh streamer yang telah terpasang hidrofon di dalamnya. Gambar 1. Seismik Laut http:www.geomore.comseismic.html Eksplorasi struktur dalam dari dasar laut memanfaatkan beberapa teknik spesifik misalnya menggunakan gelombang seismik. Asumsi dasar pada seismik adalah permukaan bawah yang terdiri dari lapisan antarmuka yang berturut-turut yang cukup mencerminkan atau membiaskan gelombang akustik secara signifikan. Struktur permukaan sangat penting bagi ahli geologi, geofisika dan perusahaan minyak untuk mencari deposit hidrokarbon. Penyelidikan ini dilakukan ratusan meter bahkan kilometer jauhnya di dasar laut, karena gelombang akustik terserap di sedimen maka hanya transmisi dengan penggunaan frekuensi sangat rendah dengan energi yang sangat tinggi yang dapat digunakan. Selain bahan peledak sederhana, sumber yang paling sering digunakan adalah airgun, sparker, dan boomer Lurton 2002. Hukum-Hukum Dalam Gelombang Seismik Beberapa hukum terkait dengan sifat dari perambatan gelombang seperti Susilawati. 2004 : 1. Hukum Snellius : Gelombang akan dipantulkan atau dibiaskan pada bidang batas antara dua medium sin � sin � = � 1 � 2 …………………….. 1 dimana : i = Sudut datang r = Sudut bias � 1 = Kecepatan gelombang pada medium 1 � 2 = Kecepatan gelombangpada medium 2 Kecepatan gelombang seismik merupakan kecepatan perambatan yang mengalami gangguan melalui media material yang merupakan media fisik ditunjukan pada Tabel 1. Di sisi lain kecepatan partikel mengacu pada gerakan sebagian media, hal ini merupakan fungsi dari gangguan medium. Suhu dan tekanan yang tergantung terutama pada kedalaman, serta litologi, pengepakan butir, dan porositas mempengaruhi efek kecepatan gelombang seismik. Variasi litologi dan kandungan fluida serta gas dengan batuan berpori dapat menjadi sumber penting dari kekuatan variasi kecepatan. Demikian pula, rekahan kecil dapat menyebabkan pengurangan kecepatan dalam material Hubral dan Krey 1980. Tabel 1. Massa jenis dan Kecepatan Gelombang di Sedimen Sumber : Lurton 2002 Sediment Type P kgm 3 V ms Silty clay Lempung lanauan 1300 1485 Clayey silt Lanau lempungan 1500 1515 Sand-silt-clay Lumpur pasiran 1600 1560 Sand-silt Lumpur pasir 1700 1605 Silty sand Pasir berlumpur 1800 1650 Very fine sand Pasir sangat halus 1900 1680 Fine sand Pasir halus 1950 1725 Coarse sand Pasir kasar 2000 1800 2. Azas Fermat : Gelombang menjalar dari satu titik ke titik lain melalui jalan tersingkat waktu penjalarannya, dengan demikian jika gelombang melewati sebuah medium yang memiliki variasi kecepatan gelombang seismik, maka gelombang tersebut akan cenderung melalui zona-zona kecepatan tinggi dan menghindari zona-zona kecepatan rendah. 3. Prinsip Huygens : Tititk-titik yang dilewati gelombang akan menjadi sumber gelombang baru. Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik-titik pengganggu yang berada di depan muka gelombang utama akan menjadi sumber bagi terbentuknya deretan gelombang yang baru. Jumlah energi total deretan gelombang baru tersebut sama dengan energi utama. Kecepatan Gelombang Seismik Menurut Priyono 2006, sifat elastis batuan di bumi sangat bervariasi. Pada jenis batuan yang samapun dapat memiliki sifat elastis yang berbeda, misalnya disebabkan tingkat kekompakan dari batuan tersebut. Pengukuran di lapangan menunjukkan bahwa faktor petrologi dan geologi sangat berpengaruh terhadap kecepatan penjalaran gelombang seismik. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 2 yang menunjukkan nilai kecepatan yang berbeda-beda pada setiap medium yang dilalui oleh gelombang suara. Faktor-faktor penting yang berpengaruh terhadap penjalaran gelombang seismik antara lain adalah sebagai berikut : 1. Sifat elastis dan densitas batuan 2. Porositas 3. Tekanan, baik akibat dari tekanan luar atau tekanan pori 4. Temperatur, dimana sifat elastis berubah karena batuan mencair atau akibat pengaruh kedalaman. 5. Sejarah terjadinya, seperti pengaruh tektonik, pengaruh kimiawi atau termal yang menyebabkan batuan berubah, pengaruh pelapukan, transportasi dan sedimentasi. 6. Umur batuan, batuan yang berumur tua umumnya sangat kompak, porositas kecil, densitas besar dan umumnya mempunyai kecepatan lebih besar dibandingkan batuan sejenis yang lebih muda. Tabel 2. Kecepatan Sedimen Priyono, 2006 MediumSedimen Kecepatan ms Impedansi Akustik grcm 2 . S Udara 310-360 0.004 Minyak Bumi 1300-1400 12 15 Air 1430-1590 14-16 Es 3100-4200 30-45 Zona Lapuk 100-500 1.2-9 Pasir Kering 100-600 2.8-14 Lempung 1200-2800 15-65 Batu Pasir Lepas 1500-2500 27-60 Batu Pasir Kompak 1800-4300 40-116 Marl 2000-4700 20-120 Batu Gamping, dolomit 2000-6250 35-180 Auhidrit, Batu Garam 4500-6500 110-140 Batu Bara 1600-1900 20-35 Pada batuan sedimen, kecepatan sangat penting untuk dipelajari karena batuan ini mempunyai potensi diketemukannya minyak bumi, gas maupun mineral lainnya. Seismik Refleksi Gelombang seismik dengan metoda refleksi terbagi atas tiga bagian penting yaitu pertama adalah akuisisi data seismik yaitu kegiatan memperoleh data dari lapangan yang disurvei, kedua pemrosesan data seismik sehingga dihasilkan penampang seismik yang mewakili daerah bawahan permukaan yang akan diinterpretasikan, dan yang ketiga intepretasi data itu. Kualitas data seismik sangat ditentukan oleh kesesuaian antara parameter pengukuran lapangan dengan kondisi lapangan yang ada seperti kondisi geologi serta kondisi areal survei Hasanuddin 2005. Pantulan gelombang akustik tersebut terjadi pada bidang batas di antara dua lapisan sedimen dengan impedansi akustik yang beda Hukum Zoepprits , sehingga besarnya amplitudo refleksi akan tergantung pada perbedaan koefisien refleksi. Umumnya sumber energi ditempatkan pada atau dekat permukaan. Gelombang seismik menjalar ke bawah permukaan dan direfleksikkan kembali oleh bidang reflektor dan di rekam dipermukaan dengan alat penerima geopon atau hidropon. Model sederhana untuk menggambarkan geometri refleksi adalah model sederhana reflektor horisontal dengan kecepatan konstan seperti diperlihatkan pada Gambar 2. Jarak antara sumber – penerima dengan jarak X disebut Offset. Waktu tempuh t dapat dirumuskan sebagai berikut : t = 2 � 2 + �2 2 � ....................... 2 Pada kasus normal incidence zero off set dimana x = 0, waktu tempuhnya adalah : t = 2 � � Gambar 2. Sinyal Seismik Refleksi Terhadap Waktu Priyono, 2006 Waktu tempuh zero off-set ini sering disebut waktu tempuh bolak balik two way time, TWT. Perbedaan waktu tempuh antara t0 dengan waktu tempuh dengan off set tertentu disebut sebagai Normal Move out NMO. Noise Gangguan Suara Noise adalah gelombang yang tidak dikehendaki dalam sebuah rekaman seismik sedangkan data adalah gelombang yang dikehendaki. Dalam seismik refleksi, gelombang refleksilah yang dikehendaki sedangkan yang lainya diupayakan untuk diminimalisir . Noise merupakan komponen penting dari akustik bawah air meliputi hal yang berbeda dimana semuanya menambah sinyal yang tidak diharapkan dan menurunkan kinerja sistem akustik bawah air. Lurton 2002 membagi penyebab kebisingan suara ke dalam empat kelompok, yakni : 1. Ambient noise. Jenis noise ini dari luar sistem dan berasal dari alam angin, gelombang, hujan, hewan atau disebabkan manusia aktivitas maritim, industri. Noise ini adalah independen dari sistem sonar atau kondisi penyebarannya. 2. Self-noise. Kebisingan yang diderita oleh sistem akustik bawah air itu sendiri. Bisa disebabkan oleh dukungan platform pancaran noise, aliran noise, gangguan listrik, atau noise thermal. 3. Gema. Jenis noise ini efek sistem sonar aktif saja, seperti yang disebabkan oleh kekacauan yang dihasilkan oleh sinyal sonar. Hal ini dapat begitu keras untuk menutupi pendeteksian gema sasaran yang diharapkan. 4. Acoustic interference. Jenis noise ini dihasilkan oleh sistem akustik lain yang beroperasi di sekitarnya, biasanya onboard perahu yang sama atau platform kapal selam. Multiple adalah pengulangan refleksi akibat ’terperangkapnya’ gelombang seismik dalam air laut atau terperangkap dalam lapisan batuan lunak. Pada Gambar 3, Terdapat beberapa macam multiple: a water-bottom multiple, b peg- leg multiple dan c intra-bed multiple Abdullah 2008. Data seismik diperoleh dengan menggunakan sumber energi yang menghasilkan gelombang elastik dan direfleksikan kembali oleh lapisan bawah permukaan ke receiver yang ada di permukaan.. Refleksi gelombang utama primary memberikan informasi penting seperti kecepatan dan identifikasi struktur bawah permukaan. Namun saat perekaman selain gelombang utama, refleksi multipel juga ikut terekam. Refleksi multiple sering menggangu refleksi gelombang primer dan membuat jelek penampang seismik. Gambar 3. Macam-Macam Multipel Abdullah, 2008 Di dalam rekaman seismik, masing-masing multipel akan menunjukkan morfologi reflektor yang sama dengan reflektor primernya akan tetapi waktunya berbeda.Untuk model peg leg multiple model b, multiple akan muncul pada waktu tempuh gelombang refleksi primer ditambah waktu tempuh sea bottom. Untuk model intra bed multipel, multipel akan muncul pada waktu tempuh gelombang primer top gamping ditambah waktu tempuh dalam shale. ProMAX ProMAX merupakan nama dari suatu software pengolah data seismik yang dikeluarkan Landmark, sebuah perusahaan yang salah satu produknya berupa software-software untuk bidang geologi dan geofisika G G software. Secara garis besar, ProMAX dibentuk oleh tiga level struktur ruang kerja yang terdiri dari AREA, LINE, dan FLOW. Ketika memasuki ProMAX, pertama-tama user harus mendefinisikan ruang kerja AREA dengan mengetikkan nama dari daerah survei seismik yang bersangkutan. Setelah masuk ke dalam direktori AREA, maka selanjutnya user harus mendefinisikan ruang kerja LINE dengan mengetikkan suatu nama dari lintasan pada daerah survey seismik yang bersangkutan. Di dalam direktori LINE, user dapat mendefinisikan langkah -langkah pengolahan data seismik dalam kelompok-kelompok flow dengan mengetikkan nama dari kelompok flow yang bersangkutan di dalam jendela FLOW. Di dalam direktori FLOW inilah user dapat memilih proses-proses yang akan digunakan, berdasarkan subflow yang telah disediakan oleh ProMAX dan dengan menggunakan database yang dibuat atau didefinisikan sendiri oleh user Jusri 2005. Format Rekaman dan Input Data Menurut Talagapu 2005, Gelombang seismik yang terpantul beserta noise dan gelombang lainnya diterima oleh geophone masih berupa analog. Gelombang analog ini dicuplik menjadi digital dengan menggunakan multiplexer pada interval tertentu di saat perekaman. Biasanya data seismik dari lapangan field tape masih ada dalam format multiplex dan ditampilkan dalam bentuk common shot gather, oleh karena itu perlu dilakukan perubahan dari format urutan waktu time sequential ke urutan trace trace sequential. Geometry Koreksi geometri dilakukan untuk menggabungkan dan mencocokkan paramater lapangan dari observer log, yaitu besaran di permukaan dengan besaran bawah permukaan. Besaran-besaran di permukaan adalah nomor trace, jarak antar shot point dan nomor stasiun, dll. Besaran-besaran di bawah permukaan adalah banyaknya fold coverage, dll. Pada dasarnya koreksi geometri berusaha mencocokkan antara file number terdapat di observer report dengan data seismik yang direkam dalam 1 shot dalam pita magnetik atau media penyimpanan yang lain. Editing dan Muting Menurut Priyono 2006, selama proses akuisisi dilakukan seringkali hasil rekaman terganggu oleh beberapa sebab seperti pembalikan polaritas, trace mati, noise dan sebagainya. Gangguan-gangguan tersebut semestinya diedit, jika tidak dilakukan maka akan mengurangi kualitas data saat dilakukan stacking. Trace- trace yang tidak diinginkan dapat dirubah dengan cara memberi angka nol, atau memotong sebagian dari sinyal yang tidak diinginkan. Tahapan ini memiliki tujuan untuk memunculkan sinyal-sinyal refleksi, sehingga sinyal-sinyal yang tidak mencerminkan refleksi akan dianggap sebagai informasi yang tak perlu ditampilkan sehingga dapat dihilangkan. Proses yang dilakukan dalam tahap ini meliputi muting dan editing. Muting adalah proses untuk membuang sinyal-sinyal gelombang langsung dan gelombang refraksi. Editing berbeda dengan muting, jika muting beroperasi dalam dua dimensi x-t sekaligus, maka editing beroperasi dalam satu dimensi dan bersifat sangat lokal. Editing berusaha mengedit atau mengoreksi amplitudo-amplitudo yang dianggap jelek yang ada pada setiap trace seismik yang terekam. Jika amplitudo-amplitudo gelombang di dalam suatu trace ternyata jelek semua maka editing berusaha menjadi killing dimana semua amplitudo yang tidak bernilai nol di dalam trace tersebut diset menjadi nol. Deconvolution Menurut Abdullah 2008, dekonvolusi adalah proses pengolahan data seismik yang bertujuan untuk meningkatkan resolusi vertikal dengan cara mengkompres wavelet seismik. Dekonvolusi umumnya dilakukan sebelum stacking akan tetapi dapat juga diterapkan setelah stacking. Selain meningkatkan resolusi vertikal, dekonvolusi dapat mengurangi efek ringing atau multiple yang mengganggu interpretasi data seismik. Gelombang seismik yang dikirim ke dalam bumi mengalami proses konvolusi filtering. Analisa Kecepatan Sifat elastis batuan di bumi sangat bervariasi.Pada jenis batuan yang samapun dapat memiliki sifat elastis yang berbeda, misalnya disebabkan tingkat kekompakan dari batuan tersebut Rahadian 2011.Pengukuran di lapangan menunjukkan bahwa faktor petrologi dan geologi sangat berpengaruh terhadap kecepatan penjalaran gelombang seismik. Kecepatan gelombang seismik dalam formasi bawah permukaan adalah salah satu informasi penting yang akan digunakan untuk konversi data seismik dari domain waktu ke kedalaman. Sumber data kecepatan yang paling akurat didapat dari pengukuran check-shot sumur tetapi metoda tersebut hanya dapat dt dz t z Lim t       t z   dilakukan pada area yang sangat dekat dengan lokasi sumur, pada kenyataannya interpretasi dilakukan pada area-area yang jauh dari lokasi sumur.Masalah lainnya adalah adanya struktur geologi yang kompleks sehingga menimbulkan variasi kecepatan terhadap kedalaman. Hal-hal tersebut dapat menimbulkan masalah dalam penentuan posisi struktur dan masalah pada waktu dilakukan proses migrasi. Oleh karena itu analisa kecepatan adalah suatu proses yang sangat penting dalam tahapan pemrosesan data seismik. Menurut Priyono 2006, Kecepatan seismik yang sering digunakan dalam pekerjaan eksplorasi dibagi menjadi : 1. Kecepatan Sesaat instantaneous velocity dirumuskan sebagai berikut : V inst ……………….... 3 Kecepatan gelombang seismik yang diukur sepanjang sumur menggunakan peralatan sonic logging adalah pendekatan yang baik untuk kecepatan sesaat ini. 2. Kecepatan interval, merupakan kecepatan yang menjalar pada lapisan yang homogen yang terletak di antara dua bidang batas yang dirumuskan sebagai berikut : V int = ……………………………… 4 dimana : Δz = ketebalan lapisan dan Δt = waktu yang ditempuh sejauh Δz 3. Kecepatan rata-rata, dirumuskan sebagai berikut : ... ………………. 5 Kecepatan rata-rata merupakan kecepatan yang diukur pada survei kecepatan, dimana geopon ditempatkan pada lobang sumur, sedangkan sumber ledakan sebagai energi pembangkit gelombang ditempatkan dipermukaan. 4. Kecepatan Root Mean Square RMS, dirumuskan sebagai berikut : yaitu akar kuadrat rata-rata root mean square dari kecepatan interval. 5. Kecepatan NMO, dirumuskan sebagai berikut : ………………………… 6 …………………………… 7 dimana : X = offset jarak shot ke receiver T = Waktu refleksi pada x = 0 T x = Waktu refleksi pada jarak offset X 6. Kecepatan stacking, merupakan kecepatan yang diperoleh pada proses stacking setelah data CDP gather dilakukan koreksi NMO. KEcepatan ini diperoleh bersamaan dengan tahap analisa kecepatan pada pengolahan data seismik. Normal Move Out NMO Menurut Yilmaz dalam Abdullah 2008, NMO adalah perbedaan antara Two Way Time TWT pada offset tertentu dengan TWT pada zero offset. Koreksi NMO dilakukan untuk menghilangkan efek jarak. Gambar 4 menunjukkan hubungan antara waktu ketika waktu tertentu tx dengan waktu ketika zero offset t0. Model perlapisan horizontal, koreksi NMO dirumuskan dengan : t 2 x = t 2 0 + x 2 v 2 rms Δt NMO = tx – t0 untuk offset yang kecil v rms ≈ v stack Gambar 4. Normal Move Out NMO Didalam melakukan koreksi NMO, pemilihan model kecepatan Vrms maupun Vstack merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan model kecepatan yang salah dapat menyebabkan data menjadi sulit diintepretasikan. Gambar 5 menjelaskan berbagai model kecepatan saat NMO. Gambar 5. Efek pemilihan model kecepatan: a sebelum koreksi NMO b model kecepatan yang tepat c kecepatan terlalu rendah d kecepatan terlalu tinggi. Stacking Stacking adalah penggabungan dua atau lebih tracemenjadi satu trace atau disebut dengan gather data. Pengolahan data digital, amplitudo dari trace dinyatakan sebagai angka sehingga stacking dapat dilakukan dengan menambahkan angka-angka tersebut. Tujuan utama dalam merekam data multi kelipatan adalah untuk stacking semua trace secara bersama-sama. Stacking tidak efektif dalam menekan multiple dan difraksi, sebelum akhir dari proses stacking semua koreksi NMO, DMO, static corrections harus dilakukan. Umumnya sebelum deconvolution dan analisa kecepatan, gather di-stack agar memiliki gambaran kasar tentang perbedaan horizontal, noise yang besar dan sebagainya. Stack ini disebut juga Brute Stack Talagapu 2005.

3. METODE PENELITIAN