PENENTUAN STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN BUMI MENGGUNAKAN
Latar Belakang Masalah Bumi merupakan
satu-satunya planet yang dapat dihuni oleh berbagai jenis mahluk hidup. Bumi
adalah planet dengan urutan ketiga dari delapan planet yang dekat dengan
matahari. Jarak bumi dengan matahari sekitar 150 juta km. Bentuk planet Bumi
sangat mirip dengan bulat pepat (oblate spheroid), sebuah bulatan yang tertekan
ceper pada orientasi kutub-kutub yang menyebabkan buncitan pada bagian
khatulistiwa . Bumi yang ditempati manusia, antara satu tempat
dengan tempat yang lain tidaklah sama bentuk kenampakan alamnya. Wilayah
daratan dengan lautan masing-masing memiliki keanekaragam bentuk yang
berbeda-beda. Di daratan banyak kenampakan alam yang tampak seperti gurun,
padang pasir, pegunungan, lembah, sungai, dll. Kenampakan bentuk muka bumi baik
di daratan maupun di lautan dari waktu ke waktu akan mengalami perubahan
bentuk, hal ini dikarenakan adanya tenaga yang berasal dari dalam bumi
(endogen) maupun tenaga yang berasal dari luar bumi (eksogen). Tenaga alam
endogen bersifat membangun permukaan bumi, sedangkan tenaga alam eksogen
berasal dari luar bumi dan bersifat merusak. Adanya bentukan-bentukan akibat
aktivitas tenaga endogen dan eksogen menyebabkan permukaan bumi menjadi tidak
rata. Bentukan-bentukan ini dikenal sebagai relief bumi .
Hasil-hasil penelitian terhadap fisik bumi menunjukkan bahwa batuan- batuan
pembentuk bumi mulai dari kerak bumi sampai inti bumi mempunyai komposisi
mineral dan unsur kimia yang berbeda-beda. Daratan tersusun oleh beberapa jenis
batuan yang berbeda satu sama lain. Batuan merupakan agregasi (kumpulan) dari
berbagai macam mineral alam ataupun mineral sejenis yang saling terikat erat
dan kuat sehingga sukar untuk diepaskan. Batuan terbentuk dari kumpulan magma
yang membeku di permukaan bumi dan berakhir menjadi berbagai jenis batuan.
Sedangkan mineral terbentuk secara anorganik, mempunyai
komposisi kimia pada batas-batas
tertentu dan memiliki atom-atom yang tersusun secara teratur, mineral merupakan
komponen batuan yang membentuk lapisan kerak bumi . Pada
umumnya jenis mineral maupun batuan struktur bawah permukaan bumi ini tidak
dapat diamati dengan mata secara langsung karena berbagai macam keterbatasan.
Keterbatasan ilmu untuk mengolah sumberdaya alam di bawah permukaan bumi adalah
salah satu kendala untuk melangkah lebih lanjut dalam upaya mengolah sumber
daya alam tersebut secara maksimal. Sehingga perlu untuk mempelajari cara atau
metode untuk mengungkap suatu informasi yang terdapal dalam struktur bawah permukaan
bumi. Salah satu cara atau metode untuk memperoleh informasi tersebut dengan
menggunakan metode survei geofisika. Metode tersebut merupakan salah satu
cabang ilmu fisika yang mempelajari bidang bumi khususnya perut bumi
berdasarkan konsep fisika. Survei geofisika yang sering dilakukan selama ini
antara lain Metode gravitasi (gaya berat), magnetik, seismik, geolistrik
(resistivitas) dan elektromagnetik . Dengan
melihat potensi kekayaan sumber daya alam Indonesia yang terkandung dalam bumi
sangat melimpah, alangkah ruginya jika kekayaan tersebut hanya tersimpan
berjuta-juta tahun dalam permukaan bumi. Oleh karena itu sebagai generasi
penerus bangsa harus berupaya untuk dapat memanfaatkan sumber daya yang ada
tersebut untuk kesejahteraan bangsa. Sehingga dengan menggunakan analisis
metode geofisika yang berfokus pada metode seismik refraksi maka penulis
mengajukan makalah seminar fisika yang membahas tentang “ Penentuan Struktur
Bawah Permukaan Bumi Menggunakan Metode Seismik Refraksi”. B. Identifikasi
Masalah Dari latar belakang masalah tersebut, dapat diidentifikasikan masalah
sebagai berikut: 1. Lapisan bawah permukaan bumi terdiri dari beberapa lapisan.2.Struktur lapisan bawah permukaan bumi menyimpan SDA
(Sumber Daya Alam) yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. 3. Banyak mineral
yang tersimpan di struktur lapisan bawah permukaan bumi. 4. Banyak mineral di
dalam struktur lapisan bawah permukaan bumi yang belum diketahui jenisnya. 5.
Mineral di dalam struktur lapisan bawah permukaan bumi tidak dapat diketahui
secara langsung tanpa menggunakan suatu alat atau metode tertentu. 6.
Eksplorasi adalah penyelidikan lapangan untuk mengumpulkan data/informasi
selengkap mungkin tentang keberadaan sumber daya alam di suatu tempat. 7. Ada
beberapa cara eksplorasi struktur bawah permukaan bumi. 8. Metode eksplorasi
struktur bawah permukaan bumi terdiri dari beberapa jenis 9. Setiap metode
eksplorasi struktur bawah permukaan bumi memiliki kelemahan dan kelebihan. 10.
Metode eksplorasi struktur bawah permukaan bumi tidak semunya cocok diterapkan
pada setiap lapisan bumi. 11. Penjalaran gelombang seismik dapat dimanfaatkan
untuk eksplorasi mineral di bawah permukaan bumi. C. Pembatasan Masalah Dari
masalah-masalah yang diidentifikasi di atas, maka akan dikaji metode seismik
refraksi yang mencakup : 1. Lapisan bumi yang dibahas adalah lapisan bumi
dangkal. 2. Ekplorasi seismik yang dibahas adalah eksplorasi daratan. 3. Metode
eksplorasi yang dibahas adalah metode eksplorasi seismik refraksi. D. Perumusan
Masalah Berdasarkan identifikasi masalah dan pembatasan masalah, maka perumusan
masalah dalam Makalah Seminar Fisika ini adalah sebagai berikut: 1. Apa yang
dimaksud dengan metode seismik refraksi?
2. Bagaimana
prinsip kerja penentuan struktur bawah permukaan bumi menggunakan metode
seismik refraksi? E. Tujuan Penulisan Makalah Tujuan yang diinginkan dari
penulisan Makalah Seminar Fisika ini adalah: 1. Menjelaskan pengertian metode
seismik refraksi. 2. Menjelaskan prinsip dasar penentuan struktur bawah
permukaan bumi menggunakan metode seismik refraksi. 3. Menjelaskan prinsip
kerja penentuan struktur bawah permukaan bumi menggunakan metode seismik
refraksi. F. Manfaat Penulisan Makalah Penulisan Makalah Seminar Fisika ini
diharapkan dapat bermanfaat untuk: 1. Memberi informasi tentang pengertian
metode seismik refraksi. 2. Memberi informasi tentang prinsip dasar penentuan
struktur bawah permukaan bumi menggunakan metode seismik refraksi. 3. Memberi
informasi tentang prinsip kerja penentuan struktur bawah permukaan bumi
menggunakan metode seismik refraksi.
Bumi merupakan satu-satunya planet
yang dapat dihuni oleh mahluk hidup. Strukur Bumi terdiri atas beberapa lapisan
yang didalamnya mengandung banyak Sumber Daya Alam. Sebagai suatu Negara
kepulauan yang kaya akan sumber daya alam, Indonesia memiliki kekayaan alam
yang tergolong melimpah namun masih banyak yang belum diketahui keberadaannya.
Banyak sumber daya alam yang tersimpan di bawah permukaan bumi yang belum
tereksplorasi dan belum termanfaatkan dengan baik. Metode seismik merupakan salah
satu metode yang sangat penting dan banyak dipakai di dalam teknik geofisika.
Hal ini disebabkan metode seismik mempunyai ketepatan serta resolusi yang
tinggi di dalam memodelkan struktur geologi di bawah permukaan bumi. Dalam
menentukan struktur geologi, metode seismik yang dibahas adalah seismik bias
dangkal (head wave or refrected seismic) . A. Metode Seismik Refraksi 1.
Pengertian Gelombang Seismik Seismik berasal dari kata Seismologi. Seismologi
berasal dari dua kata dalam bahasa Yunani, yaitu seismos yang berarti getaran
atau goncangan dan logos yang berarti ilmu pengetahuan. Orang Yunani menyebut
gempa bumi dengan kata-kata seismos tes ges yang berarti bumi bergoncang atau
bergetar. Dengan demikian, secara sederhana seismologi dapat diartikan sebagai
ilmu yang mempelajari fenomena getaran pada bumi, atau dengan kata sederhana, ilmu
mengenai gempa bumi, Gelombang seismik
adalah rambatan energi yang disebabkan karena adanya gangguan di dalam kerak
bumi, misalnya adanya patahan ataupun ledakan. Energi ini akan merambat ke
seluruh bagian bumi dan dapat terekam
Benda elastis yang mengalami stress
maka akan terdeformasi atau mengalami perubahan bentuk maupun dimensi.
Perubahan tersebut disebut dengan regangan atau strain. Strain adalah jumlah
deformasi material persatuan A F s6 oleh
seismometer. Hasil dari rekaman seismometer tersebut dinamakan seismogram.
Gelombang seismik merupakan gelombang yang merambat melalui bumi. Perambatan
gelombang ini bergantung pada sifat elastisitas batuan. Gelombang seismik dapat
ditimbulkan dengan dua metode yaitu metode aktif dan metode pasif. Metode aktif
adalah metode penimbulan gelombang seismik secara aktif atau disengaja
menggunakan gangguan yang dibuat oleh manusia, biasanya digunakan untuk
eksplorasi. Metode pasif adalah gangguan yang muncul terjadi secara alamiah,
contohnya gempa. Gelombang seismik termasuk dalam gelombang elastik karena
medium yang dilalui yaitu bumi bersifat elastik. Hal ini menyebabkan sifat
penjalaran gelombang seismik bergantung pada elastisitas batuan yang
dilewatinya. Teori lempeng tektonik telah menjelaskan bagaimana pergerakan dari
lempeng bumi. Pergerakan lempeng bumi menyebabkan batuan terdeformasi atau
berubah bentuk dan ukuran karena adanya pergerakan antar lempeng. Deformasi
akibat bergerakan lempeng ini berupa tegangan (stress) dan regangan (strain).
Tegangan (Stress) didefinisikan sebagai gaya persatuan luas. Tegangan merupakan
perbandingan dari besar gaya terhadap luas dimana gaya tersebut dikenakan. Gaya
yang dikenakan tegak lurus terhadap benda maka tegangan tersebut normal, jika
gaya berarah tangensial terhadap luas maka tegangan tersebut tegangan geser,
dan jika tidak tegak lurus maupun paralel maka gaya tersebut dapat diuraikan
kekomponen yang paralel dan tegak lurus terhadap elemen luas. Persamaan
matematis dari tegangan )(.
Merupakan besaran tensor, sedangkan C adalah konstanta yang berupa
matriks (tensor) yang menentukan sifat dasar elastisitas dari batuan, parameter
merupakan parameter elastik bebas yang dapat mencirikan sifat elastisitas batuan
. 2. Jenis Gelombang Seismik Jenis Gelombang Seismik dapat dibedakan menjadi
dua yakni Gelombang seismik yang merambat melalui interior bumi disebut sebagai
body wave, dan juga yang merambat melalui permukaan bumi yang disebut surface
wave. Sumber gelombang seismik ada dua yaitu alami dan buatan. Sumber alami
terjadi karena adanya gempa tektonik, gempa vulkanik dan runtuhan/ longsoran,
sedangkan buatan menggunakan gangguan yang disengaja. a. Gelombang Badan/ Body
Wave Gelombang badan adalah gelombang yang menjalar dalam media elastis dan
arah perambatannya keseluruh bagian di dalam bumi. Berdasarkan gerak partikel
pada media dan arah penjalarannya gelombang dapat dibedakan menjadi gelombang P
dan gelombang S. Gelombang P disebut dengan gelombang kompresi/gelombang
longitudinal. Gelombang ini memiliki kecepatan rambat paling besar dibandingkan
dengan gelombang seismik yang lain, dapat merambs (2.2) Strain (e) dan Stress (s=7 luas.
Hukum hooke menyatakan bahwa stress akan sebanding dengan strain pada batuan
(antara gaya yang diterapkan dan besarnya deformasi). eC = konstanta lame lPV (2.3) Keterangan : = + 2lm rat melalui medium padat, cair dan gas. Persamaan dari
kecepatan gelombang P adalah sebagai berikut :
8. SV Gelombang-S
= m r = densitas Gambar 2.1 Gelombang-P. Gelombang S
disebut juga gelombang shear/ gelombang transversal. Gelombang ini memiliki
cepat rambat yang lebih lambat bila dibandingkan dengan gelombang P dan hanya
dapat merambat pada medium padat saja. Gelombang S tegak lurus terhadap arah
rambatnya. Persamaan dari kecepatan Gelombang S (Vs) adalah sebagai berikut: r = rigiditas m8
Gelombang Love merupakan gelombang
permukaan yang menjalar dalam bentuk gelombang transversal yang merupakan
gelombang S horizontal yang penjalarannya paralel dengan permukaannya =9 b. Gelombang Permukaan Gelombang permukaan merupakan
salah satu gelombang seismik selain gelombang badan. Gelombang ini ada pada
batas permukaan medium. Berdasarkan pada sifat gerakan partikel media elastik,
gelombang permukaan merupakan gelombang yang kompleks dengan frekuensi yang
rendah dan amplitudo yang besar, yang menjalar akibat adanya efek free surface
dimana terdapat perbedaan sifat elastik . Jenis dari gelombang permukaan ada
dua yaitu gelombang Reyleigh dan gelombang Love. Gelombang Reyleigh merupakan
gelombang permukaan yang orbit gerakannya elips tegak lurus dengan permukaan
dan arah penjalarannya. Gelombang jenis ini adalah gelombang permukaan yang
terjadi akibat adanya interferensi antara gelombang tekan dengan gelombang
geser secara konstruktif. Persamaan dari kecepatan gelombang Reyleigh (VR )
adalah sebagai berikut: SR VV 92,0
Gelombang Love 3. Mekanisme penjalaran gelombang Mekanisme
penjalaran gelombang seismik didasarkan pada hukum Snellius, Prinsip Huygens
dan Prinsip Fermat. Penjelasan dari hukum Snellius, Prinsip Huygens dan Prinsip
Fermat dijelaskan sebagai berikut : a. Hukum Snellius Hukum snellius menyatakan
bahwa bila suatu gelombang jatuh diatas bidang batas dua medium yang mempunyai
perbedaan densitas, maka gelombang tersebut akan dibiaskan jika sudut datang
gelombang lebih kecil atau sama dengan sudut kritisnya. Gelombang akan
dipantulkan jika sudut datangnya lebih besar dari sudut kritisnya. Gelombang
datang, gelombang bias, gelombang pantul terletak pada suatu bidang datar.
Ketika gelombang seismik melalui lapisan batuan dengan impedansi akustik yang
berbeda dari lapisan batuan yang dilalui sebelumnya, maka gelombang akan
terbagi. Gelombang tersebut sebagian terefleksikan kembali ke permukaan dan
sebagian diteruskan merambat di bawah permukaan. Penjalaran gelombang seismik
mengikuti Hukum Snellius yang dikembangkan dari Prinsip Huygens, menyatakan
bahwa sudut pantul dan sudut bias merupakan fungsi dari sudut datang dan
kecepatan gelombang. Gelombang P yang datang akan mengenai permukaan bidang
batas antara dua
