Beberapa Metoda Geofisika Eksplorasi

Metoda geofisika yang dipakai luas dalam eksplorasi yaitu seismik, gravitasi, kemagnitan dan metode elektrik. Beberapa metoda yang masih jarang digunakan di Indonesia, yaitu radioaktivitas dan pengukuran aliran panas.

Empat metoda tersebut di atas, sangat umum dipakai dalam pencarian cebakan hidrokarbon serta mineral padat. Penggunaan masing-masing metoda  tergantung pada tujuan yang diinginkan. Metoda seismik dan gravitasi banyak digunakan dalam eksplorasi minyak, metoda elektrik sering dipakai untuk pencarian cebakan bijih dan pelacakan air tanah, sedangkan metoda magnetik dapat digunakan untuk kepentingan kedua hal itu.

Berikut ini di bahas secara singkat metoda-metoda tersebut :

1.  Metoda Pengukuran Gravitasi

Dalam metoda gravitasi untuk eksplorasi, kita melakukan pengukuran medan gravitasi bumi pada daerah yang diteliti. Medan gravitasi di satu tempat dengan  tempat lainnya akan memiliki harga gravitasi yang berbeda. Hal itu disebabkan oleh adanya perbedaan rapatmasa (density) batuan untuk jenis batuan yang berbeda, dan batuan yang memiliki rapatmasa tinggi akan mempunyai gaya tarikan gravitasional yang lebih besar. Suatu batuan dengan rapatmasa  tinggi dan  mempunyai bentuk struktur melengkung ke atas, misalkan antiklin, maka medan gravitasi di bagian sumbu antiklin akan lebih besar dibandingkan pada bagian sayapnya. Contoh lain yaitu struktur kubah garam dimana rapatmasa  batuannya lebih kecil daripada rapatmasa batuan sekitar yang diterobosnya, dan ini dapat diketahui dengan rendahnya harga gravitasi di atas struktur tersebut dibandingkan dengan harga gravitasi di sekitarnya.

Anomali ataupun kelainan setempat dari medan gravitasi, yang dikerjakan dalam eksplorasi hidrokarbon, mempunyai harga sepersatujuta atau bahkan seper-sepuluhjuta dari medan gravitasi bumi. Oleh karenanya, peralatan pengukuran gravitasi untuk eksplorasi dirancang sedemikian rupa untuk mengukur nilai mutlak gaya itu sendiri. Peralatan pengukuran yang modern telah dirancang agar mampu dan cukup peka untuk mengukur hingga satu per seratus juta dari nilai  gravitasi bumi.

Metoda gravitasi akan memberikan hasil yang baik bilamana dikerjakan pada daerah  yang mempunyai perbedaan rapatmasa yang cukup tajam. Contoh paling efektif ialah pemetaan wilayah cekungan sedimen di mana batuan dasar (basement rocks) mempunyai rapatmasa lebih tinggi dibandingkan dengan rapatmasa batuan di sekitarnya. Selain itu sering pula dipakai untuk pemetaan daerah zona mineral berat, misalnya chromit.

Data yang diperoleh dari pengukuran gravitasi dapat menimbulkan ambiguitas dalam proses interpretasi, yaitu tidak memberikan penyelesaian unik atau tunggal, karena medan gravitasi yang serupa dapat ditimbulkan oleh beberapa bentuk distribusi masa yang berlainan. Informasi geologi dan geofisika lainnya akan sangat berguna dalam mengatasi masalah ambiguitas  ini.

 2. Metoda Pengukuran Kemagnitan

Peta yang dihasilkan dari pengukuran kemagnitan akan menunjukkan variasi medan magnit bumi. Variasi tersebut disebabkan oleh adanya perubahan struktur ataupun litologi yang berbeda dengan harga kerentanan magnetik (magnetic susceptibility) yang berbeda.

            Batuan sedimen pada umumnya mempunyai harga kerentanan magnetik yang lebih kecil bila dibandingkan dengan batuan beku ataupun batuan metamorf (relatif lebih banyak mengandung mineral magnetit) sehingga pengukuran kemagnitan lebih  ditujukkan pada pelacakan struktur dasar cekungan sedimen ataupun pencarian zona cebakan mineral magnetit secara langsung. Metode magnetik pada awal mulanya digunakan dalam eksplorasi minyak dimana daerah-daerah yang menunjukkan struktur geologi dari formasi lapisan minyak banyak terkontrol oleh keadaan topografi, patahan ataupun punggungan  pada batuan dasarnya.

            Sejak berkembangnya metoda aeromagnetik, yaitu pengukuran  dengan pesawat udara, penelitian dengan cara ini dalam eksplorasi minyak banyak ditujukan untuk mengetahui ketebalan lapisan sedimen pada daerah-daerah di mana tak tersedia data yang baik. Interpretasi terhadap data semacam ini menjadi kompleks, karena adanya fakta bahwa perubahan kerentanan magnetik pada lapisan sedimen memberikan efek nyata terhadap medan magnetik yang terukur, dibandingkan efek nyata batuan dasar dari cekungan itu sendiri.

            Untuk kepentingan eksplorasi tambang non hidrokarbon, metoda ini digunakan untuk melokalisasi daerah cebakan bijih yang mengandung mineral-mineral magnetik saja.

Interpretasi data pengukuran kemagnitan akan mengalami ambiguitas, seperti halnya gravitasi, karena kelangkaan dan keunikan inherent dalam metoda potensial. Oleh karenanya, adanya informasi geologi akan membantu menyelesaikan ketidakpastian dari interpretasi akhir.

 3. Metoda Elektrik

Pemakaian metoda elektrik dalam geofisika eksplorasi sering pula disebut sebagai metoda geolistrik atau resistivity sounding dan mempunyai berbagai metoda yang satu sama lain agak berbeda dalam teknik operasionalnya. Metoda elektrik ini dimaksudkan untuk mendapatkan informasi tentang lapisan batuan berdasarkan perbedaan harga tahanan jenis (resitivity) lapisan batuan. Metoda ini telah cukup lama digunakan untuk pemetaan batas lapisan. Pada cara  ini kita alirkan suatu arus listrik ke dalam lapisan batuan kemudian mencatat perbedaan potensial yang timbul dari dua elektrode yang berbeda letaknya.

            Dalam bidang teknik sipil, metoda ini dipakai untuk menentukan kedalaman batuan dasar yang dipandang kuat untuk peletakan fondasi bangunan yang diinginkan. Untuk keperluan penelitian airtanah, metoda geolistrik digunakan untuk mendeteksi posisi penyebaran akuifer serta dapat digunakan untuk mencari lapisan-lapisan berair asin. Dalam bidang penelitian panasbumi, metoda ini digunakan untuk melokalisir daerah pengumpulan panas yang berada di dekat permukaan.

   Beberapa metoda yang dapat digolongkan dalam kelompok pengukuran secara elektrik yaitu:

1.   Metoda potensial diri (self potensial method) : untuk mendeteksi adanya mineral-mineral tertentu yang bereaksi dengan elektrolit akibat aliran arus listrik sehingga menimbulkan peristiwa potensial elektrokimia. Misalkan endapan sulfida, akan menimbulkan potensial elektrokimia pada bagian atasnya dan itu dapat dideteksi dengan elektrode di perumukaan tanah.

2.   Metoda elektromagnetik, mendeteksi sifat reduksi dari batuan yang terdapat di bawah permukaan. Suatu arus bolak-balik dimasukkan ke dalam permukaan bumi, dengan bantuan jaringan koil kemudian amplitudo dan perbedaan fase potensial yang terjadi dapat diukur di permukaan. Cara ini banyak dipakai untuk eksplorasi bijih besi ataupun cebakan metal.

3.   Metoda telurik dan magnetotelurik, merupakan cara pemantauan arus elektromagnetik alamiah yaitu arus alam tersebut melalui material lapisan bumi yang berbeda komposisi dan sifat kelistrikannya.

4.   Metoda resistivitas dan magnetotelurik banyak dikembangkan di Rusia dan Kanada untuk pemetaan cekungan pada tahap awal dari eksplorasi minyak bumi. Sedangkan metoda telurik banyak dikembangkan oleh ahli dari Prancis untuk penelitian di Eropa dan Afrika. Pada daerah-daerah lain di dunia, metoda resistivitas cukup sering dipakai untuk eksplorasi mineral dan energi panas bumi.

4. Metoda Seismik Bias

Dalam penggunaan seismik bias maka alat perekam sinyal seismik diletakkan relatif jauh dari titik peledakan dinamit sehingga jarak itu lebih besar dibandingkan kedalaman horison lapisan batuan yang akan dideteksi. Gelombang getara hasil ledakan sebagian besar akan menjalar secara horisontal di dalam lapisan tanah, dan waktu yang diperlukan untuk perjalanan itu, untuk berbagai jarak dari sumber ke penerima, akan memberi informasi tentang kecepatan dan kedalaman horison bawah permukaan. Meskipun metoda seismik bias tidak akan memberikan banyak informasi atau gambaran struktural yang tepat sebagaimana pada seismik pantul, tetapi akan memberikan informasi kecepatan gelombang pada lapisan pembias dan akan berguna bagi ahli geofisika untuk mengetahui jenis litologinya. Cara ini umumnya lebih cepat untuk meliput suatu wilayah yang sama luas dibandingkan seismik pantul sehingga menguntungkan secara ekonomis.

Seismik pantul cukup baik untuk daerah berstruktur dengan permukaan berkecepatan tinggi semisal dasar atau bagian atas dari lapisan batugamping. Jika hal itu merupakan target geologinya. Bila untuk mengetahui bentuk dan kedalaman cekungan sedimen dengan pemetaan permukaan dasar cekungan sedimen dengan pemetaan permukaan dasar cekungan, metoda seismik bias cukup edektif dan ekonomis untuk kebutuhan tersebut. Karena kecepatan gelombang pada batuan di sekitarnya, maka metoda ini cukup baik pula untuk mendeteksi struktur diapirif semacam kubah garam. Dalam keadaan yang favorabel, metoda ini dapat dipakai untuk mendeteksi dan menentukan sesar tegak zona patahan pada formasi-formasi berkecepatan tinggi, seperti batu gamping masip atau batuan dasar cekungan.

      Seismik bias jarang digunakan dalam eksplorasi minyak, umumnya dipakai untuk kepentingan pekerjaan teknik sipil.

1.                  Metoda Seismik Pantul

Dengan metoda seismik pantul, keadaan struktur lapisan batuan di bawah permukaan dapat diketahui dengan baik. Cara ini berdasarkan atas perekaman pulsa seismik di permukaan yang disebabkan oleh sumber getar buatan, yaitu peletusan dinamit di dekat permukaan tanah (ditanam pada kedalaman dangkal) ataupun dengan cara mekanis semisal pemukulan palu. Gelombang getaran yang terjadi akan merambat melalui media lapisan batuan, dan sebagian gelombang tersebut akan dipantulkan oleh bidang batas antar lapisan sehingga bergerak kembali ke permukaan tanah. Gelombang pantul direkam oleh peralatan tertentu (disebut geofon) yang cukup peka terhadap getaran di permukaan tanah. Alat-alat perekam diletakkan pada jarak-jarak tertentu terhadap titik sumbernya.

Variasi waktu datang gelombang pantul tersebut akan mencerminkan adanya kondisi struktural tertentu dari lapisan di bawah permukaan. Kedalaman bidang antar lapisan dapat dihitung jika kita ketahui waktu datang  gelombang pantul serta data kecepatan gelombang di dalam lapisan batuan. Untuk mengetahui kecepatan gelombang maka dilakukan uji coba pada lobang pemboran. Pada perkembangan terakhir ini, data seisimik pantul telah dapat digunakan untuk mengidentifikasi jenis liltologi terutama berdasar kecepatan dan karakteristik getaran. Sedangkan untuk mengetahui adanya hidrokarbon didasarkan atas data amplitudo pantulan dan indikator seismik lainnya.

Metoda seismik merupakan teknik prospeksi yang baik untuk mengetahui keadaan struktur bawah permukaan. Hasil rekaman dari penampang seismik sangat mirip dengan hasil rekonstruksi struktur yang dilakukan oleh ahli geologi, tetapi ahli geologi perlu bersikap hati-hati untuk menginterpretasi data seismik tersebut agar mendapat hasil interpretasi yang tepat, kecuali bila data rekaman seismik betul-betul berkualitas tinggi. Pada kondisi yang ideal, relief struktural dapat ditentukan dengan ketelitian sekitar 3 - 6 meter.

Metoda ini mampu untuk menghasilkan peta struktural dari setiap horison geologi yang memberikan harga pantulan, tetapi horison itu sendiri tidak dapat diidentifikasi tanpa informasi geologi  berdasarkan data lubang pemboran. Data seismik pantul dapat digunakan untuk menentukan harga kecepatan rata-rata, dan sesuatu yang penting dari kacamata geologi, kecepatan interval pada   lapisan yang kurang dari beberapa ratus meter. Informasi ini menyajikan setidak-tidaknya suatu indikator statistik tentang litologi.

Dengan metoda seismik pantul maka dapat dilokalisasi dan dipetakan adanya struktur antiklin, patahan, kubah garam, dan terumbu. Beberapa darinya berasosiasi dengan akumulasi minyak bumi dan gas. Beberapa bentuk penipisan stratigrafi semacam bentuk melidah atau perubahan fasies. Dalam segala hal, keberhasilan eksplorasi untuk mengetahui akumulasi minyak bumi secara stratigrafis dengan seismik pantul membutuhkan koordinasi yang baik antara ahli geologi dengan ahli  seismik.

2.                  Metoda Radioaktif

Untuk pencarian cebakan mineral yang mengandung uranium digunakan peralatan yakni geigercounter ataupun scillometer untuk mengukur besarnya radiasi persatuan waktu. Dengan penggunaan alat tersebut maka metoda ini dapat dimasukkan dalam salah satu cara prospeksi geofisika. Pada lubang pemboran kadang dilakukan deteksi litologi dengan alat neutron-log, sedangkan scillometer dipakai pada operasional dengan pesawat udara.

3.                  Metoda Pengukuran Lubang Pemboran ( well logging)

Cara ini banyak dibahas dalam bidang ilmu Geologi Minyakbumi  dan Teknik Reservoir Minyakbumi. Peralatan pengukuran dimasukkan ke dalam lubang pemboran dan melakukan pengukuran sifat fisik batuan. Beberapa tipe peralatan antara lain : Neutron-Log, Resistivity-Log, Density-Log, Gama-ray Log, . Cara ini merupakan hal yang umum dilakukan dalam pemboran eksplorasi minyak bumi. Untuk kepentingan praktis, metoda dan cara perhitungan telah dikembangkan oleh perusahaan Schlumberger.