Kuswondo Dedi Yusuf: seismologi

A. Pendahuluan

Seismologi berasal dari dua kata dalam bahasa Yunani, yaitu seismos yang berarti getaran atau goncangan dan logos yang berarti risalah atau 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. Seismologi merupakan bagian dari ilmu geofisika.

Gempa bumi besar yang terjadi pada tanggal 1 November 1755 di Lisboa, Portugal menghancurkan seluruh kota dan memicu tsunami besar, dapat dicatat sebagai tonggak awal pemicu perkembangan seismologi modern.

Seismologi tidak hanya mempelajari gempa bumi. Eksplorasi hidrokarbon (minyak bumi dan gas) juga diawali oleh survey seismik. Untuk keperluan ini, pemicu getaran dibuat manusia (bukan gempa bumi) dengan menggunakan semacam dinamit, lalu getaran yang dapat diterima beberapa penerima (receiver) disusun sedemikian rupa sehingga catatan getaran tersebut dapat menggambarkan kondisi bawah tanah.

Pada perkembangan selanjutnya, direkayasa suatu gempa buatan yang dapat diatur kekuatan serta tempat dan waktu terjadinya. Hal ini dilakukan karena gempa bumi alamiah sulit dipastikan kapan munculnya serta kapan terjadinya.

Hasil dari rekayasa ini dimanfaatkan untuk kegiatan eksplorasi yang disebut seismologi eksplorasi. Jadi, seismologi eksplorasi adalah ilmu yang mempelajari gelombang gempa bumi buatan untuk mendapatkan gambaran struktur subsurface yang hasilnya dapat dimanfaatkan untuk keperluan eksplorasi sumber daya alam maupun untuk kepentingan teknik sipil.

B. Gelombang Seismik

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 oleh seismometer.

Efek yang ditimbulkan oleh adanya gelombang seismik dari gangguan alami (seperti: pergerakan lempeng(tektonik), bergeraknya patahan, aktivitas gunung api (vulkanis), dsb) adalah apa yang kita kenal sebagai fenomena gempa bumi.

Gelombang seismik digolongkan menjadi dua macam yaitu:

Gelombang Badan (Body Waves), terdiri dari Gelombang P dan Gelombang S

Seismologi Eksplorasi

Eksplorasi seismik refleksi dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu eksplorasi prospek dangkal dan eksplorasi prospek dalam. Eksplorasi seismik dangkal (shallow seismik reflection) biasanya diaplikasikan untuk eksplorasi batubara dan bahan tambang lainnya. Sedangkan seismik dalam digunakan untuk eksplorasi daerah prospek hidrokarbon (minyak dan gas bumi). Kedua kelompok ini tentu saja menuntut resolusi dan akurasi yang berbeda begitu pula dengan teknik lapangannya.

Secara umum, metode seismik refleksi terbagi atas tiga bagian penting yaitu pertama adalah akuisisi data seismik yaitu merupakan kegiatan untuk memperoleh data dari lapangan yang disurvei, kedua adalah pemrosesan data seismik sehingga dihasilkan penampang seismik yang mewakili daerah bawah permukaan yang siap untuk diinterpretasikan, dan yang ketiga adalah interpretasi data seismik untuk memperkirakan keadaan geologi di bawah permukaan dan bahkan juga untuk memperkirakan material batuan di bawah permukaan.

Minyak Dan Gas Bumi

Tujuan interpretasi seismik khusus dalam eksplorasi minyak dan gas bumi adalah untuk menentukan tempat-tempat terakumulasinya (struktur Jebakan-jebakan)minyak dan gas. Minyak dan gas akan terakumulasi pada suatu tempat jika memenuhi tiga syarat, yaitu: (1) Adanya Batuan sumber (source rock), adalah lapisan-lapisan batuan yang merupakan tempat terbentuknya minyak dan gas, (2) Batuan Reservoir yaitu batuan yang permeabel tempat terakumulasinya minyak dan gas bumi setelah bermigrasi dari batuan sumber, (3) Batuan Penutup, adalah batuan yang impermeabel sehingga minyak yang sudah terakumulasi dalam batuan reservoir akan tetap tertahan di dalamnya dan tidak bermigrasi ke tempat yang lain.

Berikut adalah beberapa contoh cebakan-cebakan minyak dan gas bumi yang diperoleh dari data seismik :

Metoda Seismik

Metoda seismik adalah salah satu metoda 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. Sumber seismik umumnya adalah palu godam (sledgehammer) yang dihantamkan pada pelat besi di atas tanah, benda bermassa besar yang dijatuhkan atau ledakan dinamit. Respons yang tertangkap dari tanah diukur dengan sensor yang disebut geofon, yang mengukur pergerakan bumi.

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 ekspllorasi minyak dan mineral dimulai pada tahun 1920an. Teknik seismik refraksi digunakan secara intensif 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.

Macam metoda seismic.

Terdapat dua macam metoda dasar seismik yang sering digunakan, yaitu seismik refraksi dan seismik refleksi.

Metoda Seismik Refleksi Geometry

Metoda seismic sangat popular untuk eksplorasi hidrokarbon. Untuk eksplorasi hidrokarbon, metoda seismik yang biasa digunakan adalah metoda seismic refleksi. Sedangkan metoda seismik refraksi popular untuk aplikasi keteknikan. Kedua metoda tersebut bekerja berdasarkan prinsip perambatan gelombang yang mengikuti Hukum Snell, Hukum Fermat dan Hukum Huygen. seismik refleksi, analisis dikonsentrasikan pada energi yang diterima setelah getaran awal diterapkan. Secara umum, sinyal yang dicari adalah gelombang-gelombang yang terpantulkan dari semua interface antar lapisan di bawah permukaan. Analisis yang dipergunakan dapat disamakan dengan ‘echo sounding’ pada teknologi bawah air, kapal, dan sistem radar. Informasi tentang medium juga dapat diekstrak dari bentuk dan amplitudo gelombang refleksi yang direkam. Struktur bawah permukaan dapat cukup kompleks, tetapi analisis yang dilakukan masih sama dengan seismik refraksi, yaitu analisis berdasar kontras parameter elastisitas medium.

Metoda seismik refleksi mengukur waktu yang diperlukan suatu impuls suara untuk melaju dari sumber suara, terpantul oleh batas-batas formasi geologi, dan kembali ke permukaan tanah pada suatu geophone. Refleksi dari suatu horison geologi mirip dengan gema pada suatu muka tebing atau jurang.Metoda seismic repleksi banyak dimanfaatkan untuk keperluan Explorasi perminyakan, penetuan sumber gempa ataupun mendeteksi struktur lapisan tanah.

Seismic refleksi hanya mengamati gelombang pantul yang datang dari batas-batas formasi geologi. Gelombang pantul ini dapat dibagi atas beberapa jenis gelombang yakni: Gelombang-P, Gelombang-S, Gelombang Stoneley, dan Gelombang Love.

Sedangkan dalam seismik pantul, analisis dikonsentrasikan pada energi yang diterima setelah getaran awal diterapkan. Secara umum, sinyal yang dicari adalah gelombang-gelombang yang terpantulkan dari semua interface antar lapisan di bawah permukaan. Analisis yang dipergunakan dapat disamakan dengan echo sounding pada teknologi bawah air, kapal, dan sistem radar. Informasi tentang medium juga dapat diekstrak dari bentuk dan amplitudo gelombang pantul yang direkam. Struktur bawah permukaan dapat cukup kompleks, tetapi analisis yang dilakukan masih sama dengan seismik bias, yaitu analisis berdasar kontras parameter elastisitas medium.

Metoda Seismik Refraksi Geometry

Metoda refraksi biasanya digunakan dalam mengkaji lapisan di bawah permukaan bumi pada kedalaman dangkal yang berkisar beberapa puluh meter saja, meskipun dalam beberapa kasus khusus dapat dipedalam dengan berbagai keterbatasannya. Metoda refleksi di sisi lain telah berkembang dengan pesat khususnya untuk eksplorasi hidrokarbon. 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.

Metoda Seismik Refraksi		Metoda Seismik Refleksi
Keunggulan	Kelemahan	Keunggulan	Kelemahan
Pengamatan refraksi membutuhkan lokasi sumber dan penerima yang kecil, sehingga relatif murah dalam pengambilan datanya			Lokasi sumber dan penerima yang cukup lebar untuk memberikan citra bawah permukaan yang lebih baik, maka biaya akuisisi menjadi lebih mahal
Prosesing refraksi relatif simpel dilakukan kecuali proses filtering untuk memperkuat sinyal first berak yang dibaca.			Prosesing seismik refleksi memerluakn komputer yang lebih mahal, dan sistem data base yang jauh lebih handal.
Karena pengambilan data dan lokasi yang cukup kecil, maka pengembangan model untuk interpretasi tidak terlalu sulit dilakukan seperti metode geofisika lainnya.			Karena banyaknya data yang direkam, pengetahuan terhadap database harus kuat, diperlukan juga beberapa asumsi tentang model yang kompleks dan interpretasi membutuhkan personal yang cukup ahli.
	Dalam pengukuran yang regional , Seismik refraksi membutuhkan offset yang lebih lebar.	Pengukuran seismik refleksi menggunakan offset yang lebih kecil
	Seismik refraksi hanya bekerja jika kecepatan gelombang meningkat sebagai fungsi kedalaman	Seismik refleksi dapat bekerja bagaimanapun perubahan kecepatan sebagai fungsi kedalaman
	Seismik refraksi biasanya diinterpretasikan dalam bentuk lapisan-lapisan. Masing-masing lapisan memiliki dip dan topografi.	Seismik refleksi lebih mampu melihat struktur yang lebih kompleks
	Seismik refraksi hanya menggunakan waktu tiba sebagai fungsi jarak (offset)	Seismik refleksi merekan dan menggunakan semua medan gelombang yang terekam.
	Model yang dibuat didesain untuk menghasilkan waktu jalar teramati.	Model yang dibuat didesain untuk menghasilkan waktu jalar teramati.

Jika melihat dari cara kerjanya metoda ini dimasukkan sebagai metoda aktif, artinya kita harus memasukkan sinyal fisis ke dalam bumi dan direkam kembali di permukaan untuk diproses dan diinterpretasikan. Metoda aktif lainnya adalah metoda elektromagnetik. Namun metoda itu tidak dibahas dalam makalah ini.

Untuk keberhasilan eksplorasi, pengetahuan tentang system geologi perangkap hidrokarbon harus diketahui. Jutaan tahun yang lalu dalam lingkungan perairan, bahan organic tertimbun di dasar laut, karena pengaruh tekanan dan perubahan suhu bahan-bahan tersebut terkonversi menjadi hdrokarbon (minyak dan gas bumi). Hidrokarbon dapat terakumulasi di bawah permukaan bumi dengan beberapa persyaratan yaitu:

· Batuan induk

· Kematangan

· Batuan reservoir

· Batuan penutup

Perangkap hidrokarbon ada di dalam berbagai bentuk stuktur geologi, antara lain:

· Antiklin

· Sesar

· Stratigrafi, seperti terumbu, ketidakselarasan dari perubahan fasies

· Struktur rumit