Metode Gaya Berat

METODA GAYA BERAT

1.     Pendahuluan

Survei gaya berat adalah suatu usaha untuk menggambarkan bentuk (struktur) geologi bawah permukaan berdasarkan pada variasi medan gravitasi bumi yang ditimbulkan oleh perbedaan densitas antar benda bawah permukaan (dalam hal ini adalah batuan). Pengukuran ini dapat dilakukan di permukaan bumi (darat), laut atau udara.

Dalam prakteknya, yang diselidiki adalah perbedaan medan gravitasi dari suatu titik observasi terhadap titik observasi lainnya. Dengan demikian suatu sumber yang merupakan satu zona massa di bawah permukaan, akan menyebabkan satu gangguan dalam medan gravitasi, gangguan ini disebut anomali medan gaya berat.

Parameter fisis yang digunakan dalam eksplorasi gaya berat  adalah variasi densitas yang digunakan dalam eksplorasi sumber daya bumi. Seperti contoh untuk mencari jawaban mineral ekonomis. Biasanya mineral ekonomis berkaitan dengan cebakan intrusi batuan beku seperti kerak, pipa, lakolit, lapolit, dsb. Bentuk dan dimensi dari intrusi batuan beku dapat diperkirakan dengan memperhatikan anomali densitas terhadap lingkungannya.

Medan gravity biasanya digunakan pada tahap pendahuluan (reconnaissance tool) dalam suatu eksplorasi, baik untuk mencari minyak bumi maupun mineral lainnya. Kemampuannya dalam menentukan lokasi dari kubah garam (salt domes), struktur antiklin dan sesar bongkah sehingga membantu dalam menentukan lokasi yang tepat untuk suatu pemboran. Metoda ini dapat juga untuk  eksplorasi panas bumi, biasanya berasosiasi dengan tubuh batuan intrusi sebagai sumber panas. Kombinasi metoda gayaberat dengan magnetik dapat mempertajam analisa mengenai tubuh intrusi dan ketebalan sedimentasi dalam suatu cekungan.

Prinsipnya metoda ini dipilh karena kemampuannya dalam membedakan rapat massa (kontras densitas) dari suatu mineral terhadap lingkungan sekitarnya. Dengan demikian dapat diketahui keadaan struktur bawah permukaan dari suatu daerah yang  penting untuk perencanaan tahap-tahap eksplorasi berikutnya.

2.     Teori Dasar

•       Hukum  Gravitasi Newton 

               Dasar teori yang dipakai dalam metoda gaya berat ini adalah Hukum Newton tentang gravitasi bumi. jika dua benda dengan massa m1 dan m2 dipisahkan oleh jarak r, maka gaya tarik menarik F antara kedua benda tersebut adalah:

•       Percepatan Gravitasi

Percepatan benda m2 yang disebabkan oleh hadirnya benda m1 dapat ditentukan dengan membagi F dengan m2. secara khusus, bila m1 adalah massa dari bumi (M) dan r adalah jari-jari bumi, maka percepatan dari suatu massa m2 di permukaan bumi adalah :

•       Gravitasi Bumi

Dalam eksplorasi metoda gravity ditunjukkan dengan perbedaan nilai gravitasi dari suatu tempat ke tempat lainnya. Apabila bumi dibentuk dari bahan yang serba sama (homogen) dan bentuknya benar-benar bulat serta diam (tidak berotasi) maka gaya tarik (gravitasi) di permukaan bumi akan sama dan tidak mempengaruhi pembacaan dari gravimeter. Namun kenyataannya lain, bumi berotasi pada porosnya secara teratur, berbentuk sferoidal (agak pepat di kutub-kutubnya), dan mempunyai ketidakteraturan densitas secara lateral. Akibatnya terdapat perbedaan harga gravitasi (variasi/anomali gravitasi) untuk setiap tempat yang berbeda di permukaan bumi.

Variasi gaya berat setiap titik di permukaan bumi ini tergantung pada 5 faktor :

1. Lintang (latitude)

2. Ketinggian (elevation)

3. Topografi sekitar (tophography of suurounding terrain)

4. Pasang Surut (earth tides)

5. Variasi densitas bawah permukaan (density variation in the subsurface)

    Potensial Gravitasi 

Gaya per satuan massa pada suatu partikel di titik P yang berjarak r dari m1 adalah:

      didefinisikan sebagai medan gravitasi akibat m yang bersifat konservatif. 

3. Koreksi Data

         Koreksi data gravitasi dilakukan bedasarkan persamaan untuk Anomali Bouguer lengkap yakni :

g_CBA  = g _observasi  - g _normal  +  g _{udara bebas}  -  g _BC  + g _T

Ket:
                  g_observasi adalah harga gaya berat pengukuran yang telah dikoreksi dengan koreksi pasang surut dan koreksi drift (apungan) alat. Koreksi apungan disebabkan oleh kelelahan alat sehingga menimbulkan harga pembacaan (harus setelah dikoreksi dengan pasang surut) pada satu titik pada selang waktu tertentu, tidak sama.                                                    
                  g_normal adalah harga gaya berat akibat lintang dengan referensi ellipsoid.

   Sesuai dengan Woolard (1979), secara teoritis, spheroid referensi ini diberikan oleh persamaan GRS67 (Geodetic Reference System 1967) :

              g(f) = 978.031.846 (1 + 0.005278895 sin² f + 0.000023462 sin⁴ f)

                                         f adalah sudut lintang. 
g_{udara bebas} atau FAC (Free Air Correction) adalah harga gaya berat akibat stasiun titik amat tidak pada bidang referensi (muka air laut rata-rata). Rumus koreksinya adalah :

g _{udara bebas} = 0.3086 h mgal

h adalah perbedaaan ketinggian antara stasiun pengamatan dengan bidang referensi.

g _BC atau BC (Bouguer Correction) adalah harga gaya berat akibat massa di antara bidang referensi dan titik amat sehingga mempengaruhi g_observasi (harga g_observasi menjadi bertambah), dalam koreksi g_BC harus diberi harga negatif.

                                          g_BC = -0,04185 r h mgal

g_T atau TC (Terrain Correction) adalah harga gaya berat akibat efek topografi yang tidak datar sehingga memperkecil harga g_observasi ,dalam koreksi g_T selalu ditambahkan terhadap g_{observasi .}

Untuk memudahkan pemakaian, rumus diatas dapat ditulis sebagai berikut :

• Penentuan Rapat Massa Jenis

Harga rapat massa penting ditentukan karena akan dipakai pada penentuan g_BC. Nettleton membuat metoda sebagai berikut :

·     Masukkan harga r yang berkisar 2-3 (hal ini didasarkan bahwa densitas  rata-rata kerak bumi 2,67), cukup dua desimal saja.

·           Tentukan g_CBA tiap titik stasiun

·      Buat suatu garis yang melintasi beberapa stasiun lalu buatlah penampang  dimana sumbu tegak = g_CBA dan sumbu mendatar = jarak.

·    Dengan lintasan yang sama buatlah penampang dimana sumbu tegak =  elevasi (setiap garis kontur peta topografi) dan sumbu mendatar = jarak.

4. Instrumentasi Pengukuran

gravitymeter adalah instrumen yang digunakan digunakan dalam metode gaya berat untuk mengukurbidang gravitasi lokal bumi. Gravimeter merupakan jenis accelerometer, khusus untuk mengukurpercepatan gravitasi konstan bawah permukaan, yang divariasikan oleh sekitar 0,5% dari ataspermukaan bumi. Gravitymeter pada dasarnya adalah pegas yang seimbang yang memiliki massa yang konstan. Perubahan berat massa diakibatkan karena perubahan gravitasi yang menyebabkan perubahan panjang pegas dan ini menimbulkan perubahan gravitasi

Penampang Gravity Meter.