Koreksi Data Gravity

       Metode Gaya Berat merupakan metode yang proses akuisisi datanya merupakan salah satu yang termudah, namun processing datanya terkenal sulit dengan adanya banyak koreksi. Untuk itu sebelum kita melakukan langsung processing data gravitasi ada baiknya kita pahami dahulu berbagai koreksi yang ada di Metode Gaya Berat.

1. Koreksi Tidal (Pasang Surut)

       Untuk mendapatkan percepatan gravitasi dengan akurat, selain massa bumi, masa bulan dan matahari juga harus diperhatikan. Pengaruh penarikan antara bulan dan matahari disebut efek pasang surut(tidal effect). Oleh karena adanya penarikan bulan dan matahari, gravitasi bumi mengalami penyimpangan secara periodik dari nilai-nilai normalnya. Gaya pasang surut (tidal force) dapat diketahui dengan mengurangi penarikan bulan dan matahari pada suatu titik pengamatan dari penarikan penarikan benda-benda yang sama pada pusat bumi.. Beda antara kedua penarikan ini disebut gaya pasang surut dan terdiri dari komponen tegak dan datar. Besarnya koreksi pasang surut selalu ditambahkan didalam perhitungan.

                                                           GST = Gs + T

Dimana :

GST  = Pembacaan percepatan gravitasi dalam milliGal terkoreksi pasut.
Gs    = Pembacaan percepatan gravitasi setelah dikonversi ke milliGal.
T      = Koreksi pasang surut.

2. Koreksi Drift (Kelelahan Alat)

        Pergeseran pembacaan titik nol ini disebut drift dan besarnya adalah sebagai fungsi waktu. Koreksi drift dilakukan dengan mengadakan pembacaan ulang pada titik ikat dalam satu loop, sehingga dapat diketahui harga penyimpangannya. Pada penelitian ini besarnya koreksi drift dianggap linier terhadap fungsi waktu. Besarnya Besarnya koreksi koreksi drift pada tiap-tiap station station dapat dirumuskan dirumuskan sebagai sebagai berikut :

dimana:
Dn = Koreksi drift pada titik-n
tn  = Waktu pembacaan pada titik-n
tB  = Waktu pembacaan di titik ikat pada awal looping
tB’ = Waktu pembacaan di titik ikat pada akhir looping
gB = Nilai pembacaan di titik ikat pada awal looping
gB’= Nilai pembacaan di titik ikat pada akhir looping


Besar koreksi drift ini selalu dikurangkan terhadap pembacaan gravitymeter

                                                           GSTD = GST – Dn


dimana :
GSTD = g bacaan setelah dikurangi drift (miliGal)
GST   = g bacaan setelah dikoreksi pasut (miliGal)
Dn      = koreksi drift (miliGal)

3. Koreksi Lintang

       Koreksi yang diakibatkan oleh perbedaan jari-jari antara ekuator dan kutub. Berdasarkan GeodeticReference System 1967 (GRS67) nilai gravitasi teoritis gt yang merupakan fungsi lintang (φ) kedudukan tersebut :

                               γ = 978318(1+0,0053024 sin 2 φ – 0,0000059 sin 2 2φ) mGal

4. Koreksi Udara Bebas (Free-Air)
Jika tinggi titik amat di atas permukaan acuan adalah h, maka KUB :

                                                            KUB = 0,03068 h


Jadi makin tinggi tempat pengamatan, makin kecil gayabratnya atau sebaliknya.

5. Koreksi Bouguer

          Koreksi ini memperhitungkan adanya massa yang mengisi antara bidang acuan dengan ketinggian h. Massa ini dianggap sebagai lempeng massa (slab) dengan jarijari tak terhingga, tebal h densitas ρ (gr/cc) sebagai :

                                                              BC = 2πGρh

Dengan :
G = 6,67 ± 0,001 x 10-11 m3 kg-1 s-2 (Resolusi I , IAG, Hamburg, 1983) maka :

                                                           BC = 0,04193 ρh

6. Koreksi Medan
         Koreksi medan diakibatkan oleh pemukaan bumi disekitar titik pengamatan gravitasi tidak rata, yang dapat dirumuskan (Burger, 1992) dengan :

Dimana :

G   = konstanta gravitasi
Ρ   = rapat massa batuan
Ro = jari-jari luar silinder
R1 = jari-jari dalam silinder
Z   = ketinggian relatif silinder terhadap tinggi titik pengamatan

Pengukuran Metode Gaya Berat (Gravity)

       Metode Gaya Berat merupakan salah satu metode geofisika yang proses akuisisi datanya terbilang mudah, hanya dengan centering alat, lakukan beberapa konfigurasi, tekan tombol, tunggu sesaat dan selesai. Secara singkat proses akuisisi data gravitasi dijelaskan di bawah ini :

Prosedur Lapangan

       Targetan observasi harus mempunyai kontras densiti yang jelas (significant) agar dapat dideteksi oleh gravitymeter. Grid lintasan yang umum digunakan cukup lebar yaitu antara 200 m s/d 1 km (500 ft s/d 1 mil). Setiap titik pengamatan diusahakan bebas dari angin, pohon-pohon, pengaruh (getaran) tanah, dll. Elevasi setiap titik observasi harus diketahui dengan akurat karena akan diperhitungkan dalam pengkoreksian hasil pembacaan alat. Begitu juga dengan waktu setiap pengukuran. Series dari hasil perhitungan akan diplot pada kertas grafik terhadap waktu seperti ditunjukkan gambar di bawah ini :

      Pengukuran Metode Gaya Berat dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu: penentuan titik ikat dan pengukuran titik-titik gaya berat. Sebelum survei dilakukan perlu menentukan terlebih dahulu base station, biasanya dipilih pada lokasi yang cukup stabil, mudah dikenal dan dijangkau. Base station jumlahnya bisa lebih dari satu tergantung dari keadaan lapangan. Masing-masing base station sebaiknya dijelaskan secara cermat dan terperinci meliputi posisi dan nama tempat. Base ini dipergunakan sebagai titik tutupan harian dan juga sebagai nilai acuan bagi stasiun gaya berat lainnya. Pengukuran data lapangan meliputi pembacaan gravimeter juga penentuan posisi, waktu, dan pembacaan altimeter serta suhu. Pengambilan data pada titik-titik survei dilakukan dengan sistem Loop, yaitu sistem pengukuran yang dimulai dan diakhiri pada titik gayaberat yang sudah diketahui nilainya. Sistem Loop diharapkan dapat menghilangkan kesalahan yang disebabkan oleh pergeseran pembacaan gravimeter. Metode ini muncul dikarenakan alat yang digunakan selama melakukan pengukuran akan mengalami guncangan, sehingga menyebabkan bergesernya pembacaan titik nol pada alat tersebut.

Data-data yang diambil pada saat pengukuran adalah:

• Tanggal dan hari pembacaan data, berguna untuk koreksi tidal.
• Waktu pembacaan data, berguna untuk koreksi drift dan penentuan pasang surut.
• Pembacaan alat.
• Koordinat stasiun pengukuran dengan menggunakan GPS
• Data inner zone untuk koreksi Terrain.
• Ketinggian titik pengukuran.

Itulah proses akuisisi data gravitasi secara umum yang dijabarkan secara singkat, tahapan di atas termasuk konfigurasi line dapat disesuaikan dengan area pengukuran dan anomali yang ingin dicari.

Instrumen Metode Gaya Berat (Gravity)

       Metode Gaya Berat sebagai salah satu metode geofisika yang banyak digunakan untuk eksplorasi maupun pemetaan memiliki alat ukur yang disebut dengan gravitymeter. Gravitymeter sendiri memiliki banyak macam menurut spesifikasi dan ketelitiannya serta pembuatnya. Masing-masingnya memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Seperti yang kita bayangkan tentu sangat sulit untuk membangun suatu instrumen yang mampu mengukur anomali gravitasi yang sangat kecil. Pengukuran gravitasi sendiri tidak menghasilkan suatu nilai percepatan gravitasi yang absolut, tapi lebih kepada mengestimasi variasi dari percepatan gravitasi. Namun tentu ini sama sekali tidak menjadi suatu keterbatasan bagi sebuah instrumen gravitymeter, karena yang dibutuhkan untuk mengidentifikasi variasi struktur geologi hanya perubahan relatif dari percepatan gravitasi. Berikut beberapa gravitymeter yang sering digunakan dalam eksplorasi maupun pemetaan :

1. A-10 Gravimeter

       Merupakan alat yang menggabungkan sensor ukuran dari berbagai perubahan gravitasi di area yang jauh maupun dekat. Karena adanya kandungan mineral di bawah tanah, maka daya tarikan gravitasi di suatu titik dengan titik yang lain tidaklah sama. Alat ini di isi oleh suatu cairan yang bernama Liquid Helium Filled.

Spesifikasi Alat

• 12-14 V DC
•  Daya total 25A 300W
• Daya rata-rata 16A 200W
•  Berat 105 kg
• 18ºC – 38ºC (0ºF – 100ºF), Suhu internal
• Keakuratan: 10μGal (Mutlak)
• Presisi: 10μGal dalam 10 menit (dalam kondisi tenang)

Aplikasi Alat

• Digunakan dalam eksplorasi mineral serta migas.
• Digunakan dalam kajian gravitasi bumi.
• Digunakan dalam pemetaan geologi.

2. Scientrex CG3/3M

        Merupakan jenis Gravimeter Microprocessor Based Automatic yang memiliki rebtang 7000 mGal tanpa harus reseting dan memiliki ketelitian hingga 0,001 mGal. Dapat digunakan disegala permukaan tanah dan dapat mengukur perbedaan densitas yang kecil di bawah permukaan dangkal yang dapat membantu dalam karakterisasi ketebalan overburden, atau mencari rongga atau daerah padat di bawah permukaan dangkal. Pengukuran seperti ini sangat sering dilakukan dalam karakterisasi deposit mineral logam sebelum pengeboran.

Spesifikasi Alat

• Resolusi 0,005 mGal.
• Operasi minimum 700 mGal.
• Residual pergerakan jangka panjang kurang dari 0,02 mGal/hari.
• Berat 11 kg termasuk baterai.
• 240 mm x 310 mm x 320 mm.
• 48K RAM.

Aplikasi Alat

• Mendeteksi pergerakan tumbukan secara vertikal.
• Memonitor pergerakan aliran magma.
• Studi peningkatan level muka air laut.

3. FG-5 LaCoste Romberg

       Alat ini menggunakan prinsip gerak jatuh bebas. Suatu objek dijatuhkan ke dalam suatu vakum. Objek yang jatuh bebas tersebut dipantau dengan menggunakan laser inferometer berkemampuan tinggi. Arah dari benda yang dijatuhkan ini merujuk pada spring aktif atau biasa disebut Superspring.

Spesifikasi Alat

• Keakuratan mutlak              : +/- 2Gal 
• Pengukuran presisi             : +/- 1Gal
• Waktu terintegrasi ke 1 gal  : 1 jam 
• Operasi alat                               : Dalam dan luar lapangan
• Dapat diubah sesuai dengan lokasi misalnya gravitasi di lautan dan di darat.
• Dilengkapi dengan alat penginderaan jarak jauh  dan alat pencatat.

4. Worden Gravimeter

       Memiliki kemampuan yang tinggi dan mudah dibawa kemana-mana. Ketelitian alat 0.01 miliGal. dapat menampilkan hingga 1 : 100000000 dari gravitasi normal bumi.

Spesifikasi Alat

• Keakuratan data mutlak                  : +/- 10 Gal2.
• Pengukuran Presisi               : +/- 5 Gal.
• Integrasi waktu ke 10 uGal     : 5 menit.
• Operasi                               : Dalam dan luar lapangan.
• Akusisi                               : minimal dalam 30 menit

Dan masih banyak lagi gravitymeter lainnya.

Metode Gaya Berat (Gravity)

       Metode Gaya Berat atau yang biasa disebut Metode Gravity merupakan salah satu metode geofisika yang mengidentifikasi bawah permukaan berdasarkan variasi nilai percepatan gravitasi bumi. Variasi ini disebabkan oleh adanya perbedaan densitas batuan di bawah permukaan di sekitar daerah pengamatan. Metode Gaya Berat merupakan metode geofisika pasif, artinya kita hanya mengukur data gravitasi bumi secara alami tanpa perlu menginjeksikan atau memancarkan suatu energi ke dalam bumi. Metode Gaya Berat tergolong praktis karena alatnya yang relatif kecil dan mudah dibawa kemana-mana serta merupakan salah satu metode yang bersifat nondestruktif, sehingga kita bisa melakukan pengukuran dimana saja.

                                                      Tabel Nilai Densitas Beberapa Bahan

        Dalam hukum gravitasi Newton dikatakan bahwa : "Semua partikel di alam semesta menarik semua partikel lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan hasil kali massa partikel-partikel tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara partikel-partikel tersebut", yang secara matematis dapat dituliskan dengan :

Dimana :
F    = Gaya gravitasi (N)
G   = Konstanta gravitasi (6,67 x 10^-11 Nm²/kg²)
m1 = Massa partikel pertama (kg)
m2 = Massa partikel kedua (kg)
r    = Jarak antar partikel (m)

Dengan mengkombinasikan Hukum Gravitasi Newton dengan Hukum II Newton, percepatan gravitasi yang dialami suatu benda yang berjarak r dari bumi secara matematis dapat dituliskan dengan :

Dimana :
g = Percepatan gravitasi bumi (m/s²)

       Dalam akuisisi data Metode Gaya Berat parameter yang terukur adalah percepatan gravitasi bumi, bukan gaya gravitasi. Perbedaan percepatan gravitasi di suatu tempat diakibatkan oleh kondisi geologi bawah permukaannya. Pada permukaan laut percepatan gravitasi bumi adalah 9,8 m/s², namun perlu diketahui perbedaan percepatan gravitasi bumi di tempat-tempat berbeda bisa dikatakan relatif sangat kecil terhadap satuan m/s², sehingga dalam pengukuran dibutuhkan satuan yang jauh lebih kecil agar didapatkan ketelitian pengukuran yang baik. Satuan yang kita gunakan dalam pengambilan data Metode Gaya Berat adalah miliGal.

                                          9,8 m/s² = 980 Gal = 980.000 mGal

         Dalam model sederhana kita dapat berasumsi bahwa terdapat suatu massa berbentuk bola dengan jari-jari 10 m, densitas 0,5 g/cm³ dan terpendam sedalam 25 m di bawah permukaan, lalu kita melakukan pengukuran percepatan gravitasi di atasnya, maka respon alat atau bacaan alat serta kurva percepatan gravitasi yang didapatkan ditunjukkan dalam gambar di bawah ini :

        Dari gambar di atas dapat disimpulkan bahwa semakin padat atau tinggi nilai densitas suatu anomali yang terdapat di bawah permukaan maka percepatan gravitasi di tempat tersebut juga akan semakin tinggi. Ada beberapa hal yang menjadi perhatian dalam gambar di atas, yaitu :

• Anomali gravitasi semakin besar saat pengukuran dilakukan di pusat massa bola.
• Untuk ukuran bola yang cukup besar, anomali gravitasi maksimum yang didapatkan ternyata sangat kecil, hanya 0,025 mGal, sehingga kita memang membutuhkan alat ukur dengan ketelitian yang sangat tinggi.