Prinsip Huygens Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik pada muka gelombang merupakan sumber bagi gelombang baru. Posisi dari muka gelombang dalam dapat seketika ditemukan dengan membentuk garis singgung permukaan untuk semua wavelet . Prinsip Huygens mengungkapkan sebuah mekanisme qq ====11 medium berbeda akan menimbulkan gelombang refraksi dan refleksi. Pemantulan dan Pembiasan Gelombang. Sebagian energi gelombang akan dipantulkan sebagai gelombang P dan gelombang S, dan sebagian lagi akan diteruskan sebagai gelombang P dan gelombang S. Hukum Snellius dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut: S S S S P P P P r vv r vv i v sinsinsinsinsin 2121
Dimana sebuah pulsa seismik akan kehilangan energi seiring dengan bertambahnya kedalaman c. Prinsip 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 4. Metode Seismik Refraksi Metode seismik adalah metode geofisika yang mempelajari bumi berdasarkan kecepatan penjalaran gelombang getar/gempa. Metode ini dapat digunakan untuk eksplorasi yang didasarkan pada pengukuran respon gelombang seismik (suara) yang dimasukkan ke dalam tanah dan kemudian direleksikan atau direfraksikan sepanjang perbedaan lapisan tanah atau batas-batas batuan. Hal ini karena Kecepatan gelombang sangat berhubungan dengan densitas dan modulus elastisitas batuan bawah permukaan.
Refraksi disebut juga dengan pembiasan. Pembiasan adalah pembelokan berkas yang ditransmisikan. Metode seismik refraksi adalah metode seismik yang menggunakan prinsip pembiasan dalam perambatan gelombang. Metoda refraksi digunakan dalam mengkaji lapisan di bawah permukaan bumi pada kedalaman dangkal yang berkisar beberapa puluh meter. B. Prinsip Dasar Penentuan Struktur Bawah Permukaan Bumi menggunakan Metode Seismik Refraksi Metode seismik refraksi merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokkan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukuran dilakukan dengan menggunakan sumber seismik (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 direkam sebagai fungsi waktu. Berdasarkan data rekaman ini dapat diperkirakan bentuk lapisan/struktur di dalam tanah. Seismik refraksi dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada tanah/batuan dari posisi sumber ke penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah gangguan pertama (first break) diabaikan, sehingga sebenarnya hanya data first break saja yang dibutuhkan. Parameter jarak (offset) dan waktu jalar dihubungkan oleh cepat rambat gelombang dalam medium. Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal sebagai parameter elastisitas batuan. Kecepatan gelombang P lebih besar dibandingkan dengan kecepatan gelombang S sehingga waktu datang gelombang P yang digunakan dalam perhitungan metode seismik refraksi. Parameter jarak dan waktu penjalaran gelombang dihubungkan dengan cepat rambat gelombang dalam medium. Besarnya kecepatan rambat gelombang tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada dalam material yang dikenal sebagai parameter elastisitas. Gelombang seismik
Refraksi yang dapat terekam oleh penerima pada permukaan bumi hanyalah gelombang seismik refraksi yang merambat pada batas antar lapisan batuan. Hal ini hanya dapat terjadi jika sudut datang merupakan sudut kritis atau ketika sudut bias tegak lurus dengan garis normal (r = 90° sehingga sin r = 1). Hal ini sesuai dengan asumsi awal bahwa kecepatan lapisan di bawah interface lebih besar dibandingkan dengan kecepatan di atas interface.Gelombang seismik berasal dari sumber seismik merambat dengan kecepatan V1 menuju bidang batas (A), kemudian gelombang dibiaskan dengan sudut datang kritis sepanjang interface dengan kecepatan V2 . Dengan menggunakan prinsip Huygens pada interface, gelombang ini kembali ke permukaan sehingga dapat diterima oleh penerima yang ada di permukaan.Pembiasan dengan sudut kritis
Metode seismik refraksi (Sumber: P. N. W Verhoef, 1994) Pada metode refraksi, gelombang yang direfleksikan akan ditangkap oleh sederet geofon (atau oleh satu geofon). Seismograf akan mengukur waktu yang diperlukan oleh sebuah gelombang seismik untuk bergerak dari sumber energi mencapai geofon. Kedatangan pertama menentukan kecepatan gelombang seismik yang menjalar di bawah permukaan. Metode seismik refraksi didasarkan pada sifat penjalaran gelombang yang mengalami refraksi dengan sudut kritis tertentu yaitu bila dalam perambatannya, gelombang tersebut melalui bidang batas yang memisahkan suatu lapisan dengan lapisan yang di bawahnya yang mempunyai kecepatan
Gelombang lebih besar. Parameter yang diamati adalah karakteristik waktu tiba gelombang pada masing-masing geophone. Mekanisme perambatan dari pengambilan data berdasarkan gelombang seismic refraksi dapat digambarkan seperti gambar 9 . (P. N. W Verhoef, 1994) Tabel kecepatan perambatan gelombang primer suatu batuan Nama Material Vp (m/s) Tanah Alluvial 500-2100 Lempung 1100-2500 Loss 300-600 Pasir 200-2000 napal bongkah 400-1700 Batu Granit 4600-6000 Gaabro,dolerite,basalt 5000-6700 Batu pasir, serpih 1400-4500 Batu kapur, lembek 1700-4200 Batu kapur, kokoh 2800-6400 Marmer 5700-6400 Sabak 3600-4400 skis,gneiss 3500-7500 Tabel 2.1 Kecepatan seismik yang khas (gelombang P) (Sumber: P. N. W Verhoef, 1994) Berdasarkan gambar di atas, dapat dilihat bahwa metode seismik refraksi dapat digunakan untuk menentukan jenis batuan di bawah permukaan bumi. Jenis batuan dapat ditentukan dari kecepatan penjalaran gelombang yang ada di bawah permukaan bumi. Apabila kecepatan penjalaran gelombang berkisar 500-2100 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah tanah jenis alluvial. Tanah jenis alluvial Tanah Aluvial disebut juga tanah endapan karena terbentukdari endapan lumpur yang terbawa air hujan ke dataran rendah. Tanah ini bersifat subur karena
Terbentuk dari kikisan tanah humus. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 1100-2500 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah tanah jenis lempung. Tanah lempung terdiri atas butiran-butiran liat yang halus sehingga bersifat liat. Tanah ini sukar dilalui air, tetapi mudah dibentuk sehingga dimanfaatkan untuk membuat gerabah. Apabila kecepatan penjalaran gelombang berkisar 300-600 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah tanah jenis loss. Tanah loss berasal dari endapan debu yang dibawa angin dari gurun danmengendap disekitarnya. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 200- 2000 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah tanah jenis pasir. Tanah Pasir sangat mudah dilalui air atau bersifat porous. Tanah ini terbentuk dari pelapukan batuan. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 400-1700 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah tanah jenis napal bongkah. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 4600-6000 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah berupa batuan granit. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 5000-6700 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah berupa batu yakni gabro, dolerit, dan basalt. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 1400-4500 m/s struktur yang ada di bawah permukaan bumi adalah berupa batu jenis pasir serpihan. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 1700-4200 m/s material yang ada di bawah permukaan bumi adalah jenis batu kapur lembek. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 2800-6400 m/s material yang ada di bawah permukaan bumi adalah jenis batu kapur kokoh. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 5700-6400 m/s material yang ada di bawah permukaan bumi adalah jenis batu marmar (marmer). Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 3500- 4400 m/s material yang ada di bawah permukaan bumi adalah jenis batu sabak. Jika kecepatan penjalaran gelombang berkisar 3500-7500 m/s material yang ada di bawah permukaan bumi adalah jenis batu skis dan gneiss.
