PENGANTAR
GEOFISIKA KOMPUTER
Dalam geofisika, pengukuran data di permukaan
bumi dilakukan untuk memperkirakan kondisi bawahpermukaan. Data pengamatan merupakan respons
dari struktur atau formasi geologi bawah-permukaan.
Respons tersebut timbul karena adanya variasi sifat fisis
yang relevan (seperti rapat massa, resistivitas, sifat
kemagnetan, kecepatan rambat gelombang seismik
dan sebagainya) yang berasosiasi dengan struktur
atau formasi geologi bawah-permukaan.
Untuk menerjemahkan data geofisika menjadi besaran yang
menggambarkan distribusi sifat fisis bawah-permukaan pada
awalnya dilakukan secara kualitatif dan semi-kuantitatif.
Data dengan pola tertentu berasosiasi dengan benda
anomali (anomalous source) bawah-permukaan dengan
geometri tertentu. Parameter yang diperoleh dari data
(amplitudo, kemiringan kurva, lebar kurva) berkaitan dengan
parameter model berbentuk sederhana (posisi, kedalaman,
magnitudo atau kontras sifat fisis). Untuk itu digunakan
formulasi atau perhitungan sederhana, perhitungan yang
sudah ditabulasikan maupun nomogram (kurva standar)
yang tersedia dari literatur.
Saat ini, untuk memperoleh distribusi sifat fisis bawah-permukaan secara
lebih kuantitatif umumnya dilakukan melalui pemodelan. Dalam hal ini,
model adalah representasi keadaan geologi bawah-permukaan oleh
benda anomali dengan besaran fisis dan geometri tertentu. Tujuan
representasi menggunakan model adalah agar permasalahan dapat
disederhanakan dan respons model dapat diperkirakan atau dihitung
secara teoritis dengan memanfaatkan teori-teori fisika.
Dengan demikian, model menyatakan suatu besaran atau parameter
fisis yang bervariasi terhadap posisi (variasi spasial). Dan, model dapat
dinyatakan oleh parameter model yang terdiri dari parameter fisis dan
geometri yang menggambarkan distribusi spasial parameter fisis
tersebut.
Hubungan antara respons model dengan parameter model bawahpermukaan dinyatakan oleh persamaan matematis yang diturunkan
dari konsep fisika yang mendasari fenomena yang ditinjau.
Misalnya dalam permasalahan gravitasi, suatu distribusi rapat massa
dengan geometri sederhana berupa bola homogen menyebabkan
efek berupa anomali percepatan gravitasi di permukaan bumi.
Anomali gravitasi tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan
matematis yang diturunkan dari Hukum Newton mengenai gravitasi.
Dalam hal ini parameter model adalah rapat massa (parameter fisis),
jari-jari dan kedalaman bola dari permukaan bumi (geometri),
sedangkan respons model adalah percepatan gravitasi yang
ditimbulkan oleh bola tersebut di permukaan bumi. Respons model
dihitung pada posisi sepanjang lintasan (x) yang merupakan variabel
bebas (Gambar 1).
Gambar 1. Ilustrasi hubungan
antara model, parameter model
dan
respons
model
dalam
pemodelan anomali gravitasi.
Misalnya dalam metode gravitasi, interpretasi kualitatif
dilakukan dengan mengamati data gayaberat berupa
anomali Bouguer. Anomali tersebut akan memberikan hasil
secara global yang masih mempunyai anomali regional dan
residual. Hasil interpretasi dapat menafsirkan pengaruh
anomali terhadap bentuk benda, tetapi tidak sampai
memperoleh besaran matematisnya.
Contoh jika pada peta kontur anomali Bouguer diperoleh
bentuk kontur tertutup maka dapat ditafsirkan sebagai
struktur batuan berupa lipatan (sinklin atau antiklin). Dengan
interpretasi ini dapat dilihat arah penyebaran anomali atau
nilai anomali yang dihasilkan.
CONTOH KASUS 1 :
Pada metode magnetotellurik (MT) model resistivitas
bawah-permukaan di bawah suatu titik dapat
dianggap sebagai model berlapis horisontal dimana
resistivitas hanya bervariasi sebagai fungsi dari
kedalaman (sumbu z). Respons model tersebut berupa
resistitas-semu sebagai fungsi dari periode yang dapat
dihitung dengan menyelesaikan persamaan Maxwell
yang berlaku pada medium 1-D.
CONTOH KASUS 2 :
Sistem pemodelan 3D geologi dan geofisika saat ini sangat berpengaruh
terhadap pengeboran minyak bumi. Dalam Integrasinya data Geologi,
Geofisika dan Reservoir dimaksudkan untuk mendapatkan distribusi reservoir
dan porositas zona produksi. Mengetahui gambaran pola tutupan dan sesar
serta pengaruhnya terhadap pemerangkapan hidrokarbon di struktur
tersebut.
Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mendefinisikan konsep geologi serta
pengembangan struktur disebuah lapangan dan juga memberikan
kemungkinan usulan pemboran pengembangan untuk lapangan tersebut.
Untuk mencapai hal tersebut, dilakukan suatu pemodelan reservoir untuk
mendapatkan gambaran pelamparan reservoir.
Data yang digunakan adalah data sumur dan data seismik yang kemudian
akan diinterpretasikan sehingga akan menghasilkan sebuah peta dengan
nilai volumenya dan patahan-patahan yang akan membantu pembuatan
model 3D. Setelah itu data petrofisik juga dibutuhkan untuk disebarkan dalam
model yang sudah ada nanti.
PEMODELAN GEOFISIKA
Dalam geofisika, model dan parameter model digunakan
untuk mengkarakterisasi suatu kondisi geologi bawahpermukaan. Pemodelan merupakan proses estimasi model
dan parameter model berdasarkan data yang diamati di
permukaan bumi. Dalam beberapa referensi istilah model
tidak hanya menyatakan representasi kondisi geologi oleh
besaran fisis tetapi mencakup pula hubungan matematik
atau teoritik antara parameter model dengan respons
model.
Sedangkan untuk interpretasi data geofisika lebih kuantitatif,
dilakukan melalui pemodelan.
Dalam hal ini, model adalah representasi keadaan geologi
bawah permukaan oleh benda anomali dengan besaran fisis
dan geometri tertentu. Tujuan representasi menggunakan
model adalah agar permasalahan dapat disederhanakan
dan response model dapat diperkirakan atau dihitung secara
teoritis dengan memanfaatkan teori fisika. Secara umum,
model menyatakan suatu besaran atau parameter fisis yang
bervariasi terhadap posisi (variasi spasial). Dengan demikian,
model dapat dinyatakan oleh parameter model yang terdiri
dari parameter fisis dan geometri yang menggambarkan
distribusi spasial parameter fisis tersebut.
Kasus Pemodalan Dalam Geofisika
Dalam geofisika, kegiatan pengukuran lapangan selalu dilakukan
berdasarkan prosedur survey yang telah ditentukan sebelumnya. Kemudian,
hasil pengukuran dicatat dan disajikan dalam bentuk tabel angka-angka
hasil pengukuran. Tabel angka-angka itu selanjutnya disebut data observasi
atau biasa juga disebut data lapangan. Hasil pengukuran tersebut sudah
tentu sangat tergantung pada kondisi dan sifat fisis batuan bawah
permukaan dimana data observasi lapangan merupakan response dari
struktur atau formasi geologi bawah permukaan daerah tersebut. Response
terjadi akibat adanya variasi parameter sifat fisis batuan yang relevan
dengan variasi parameter yang timbul. Parameter sifat fisis tersebut antara
lain seperti rapat massa, resistivitas, sifat kemagnetan, cepat rambat
gelombang seismik, dan sebagainya yang berasosiasi dengan struktur atau
formasi geologi bawah permukaan.
Interpretasi data lapangan pada awalnya dilakukan secara kualitatif
dengan mengamati pola data atau pola anomali. Anomali dengan pola
tertentu berasosiasi dengan sumber atau benda anomali bawah
permukaan dengan geometri tertentu. Hubungan antara pola anomali
dengan model berbentuk sederhana yang diperoleh melalui
perhitungan. Dalam hal ini, hasil interpretasi kualitatif mencakup
perkiraan posisi, ukuran, dan kedalaman benda yang menimbulkan
anomali tersebut.
Contoh metode lain misalnya metode geomagnetik, interpretasi kualitatif
didasarkan pada pola kontur anomali medan magnetik yang bersumber
dari distribusi benda-benda termagnetisasi atau struktur geologi bawah
permukaan bumi. Selanjutnya pola anomali medan magnetik yang
dihasilkan ditafsirkan berdasarkan informasi geologi setempat dalam
bentuk distribusi benda magnetik atau struktur geologi, yang dijadikan
dasar pendugaan terhadap keadaan geologi yang sebenarnya.
Pemodelan geofisika merupakan proses estimasi model dan parameter model berdasarkan
data yang diamati di permukaan bumi. Pemodelan geofisika terdiri dari dua jenis yaitu:
A. Pemodelan Kedepan (forward modeling)
Pemodelan kedepan (forward modeling) menyatakan proses perhitungan data yang secara
teoritis akan teramati di permukaan bumi jika diketahui harga parameter model bawah
permukaannya. Perhitungan data teoritis tersebut menggunakan persamaan matematis yang
diturunkan dari konsep fisika yang mendasari fenomena yang ditinjau. Dalam interpretasi data
geofisika, dicari suatu model yang menghasilkan response yang cocok atau fit dengan data
pengamatan atau data lapangan. Dengan demikian, model tersebut dapat dianggap
mewakili kondisi bawah permukaan di tempat pengukuran data.
Untuk memperoleh kesesuaian antara data teoritis (response model) dengan data lapangan
dapat dilakukan proses coba-coba (trial and error) dengan mengubah-ubah harga
parameter model. Seringkali istilah pemodelan ke depan atau forward modeling digunakan
untuk menyatakan pemodelan data coba-coba tersebut. Dengan kata lain, istilah forward
modeling tidak hanya mencakup perhitungan response modeling tetapi juga proses cobacoba untuk memperoleh model yang memberikan response yang cocok dengan data.
Adanya informasi tambahan dari data geologi atau data geofisika lainnya dapat membantu
penentuan model awal. Modifikasi model dengan cara tersebut dilakukan secara iteratif
hingga dicapai kesesuaian antara data dan response model.
B. Pemodelan Inversi (Inverse Modeling)
Pemodelan inversi sering dikatakan sebagai kebalikan dari pemodelan kedepan karena
dalam pemodelan inversi, parameter model diperoleh langsung dari data. Proses inversi
adalah suatu proses pengolahan data lapangan yang melibatkan teknik penyelesaian
matematika dan statistik untuk mendapatkan informasi yang berguna mengenai
distribusi sifat fisis bawah permukaan (Menke 1984). Di dalam proses inversi, kita
melakukan analisis terhadap data lapangan dengan cara melakukan curve fitting
(pencocokan kurva) antara model matematika dan data lapangan. Tujuan dari proses
inversi adalah untuk mengestimasi parameter fisis batuan yang tidak diketahui
sebelumnya (unknown parameter).
PEMODELAN KE DEPAN (FORWARD MODELING)
Pemodelan ke depan (forward modeling) menyatakan
proses perhitungan "data" yang secara teoritis akan teramati
di permukaan bumi jika diketahui harga parameter model
bawah-permukaan tertentu (Gambar 2). Perhitungan data
teoritis tersebut menggunakan persamaan matematik yang
diturunkan dari konsep fisika yang mendasari fenomena yang
ditinjau. Dalam pemodelan data geofisika, dicari suatu
model yang menghasilkan respons yang cocok atau fit
dengan data pengamatan atau data lapangan. Dengan
demikian, model tersebut dapat dianggap mewakili kondisi
bawah-permukaan di tempat pengukuran data.
Gambar 2. Proses pemodelan ke depan (forward
modeling) untuk menghitung respons (data teoritik
atau data perhitungan) dari suatu model tertentu.
CONTOH :
Pada penelitian ini dilakukan pemodelan tiga dimensi (3D) struktur bawah permukaan
dengan menggunakan program Grablox dan Bloxer. Proses ini dibagi menjadi dua
tahapan yaitu: pemodelan ke depan (forward modeling) dan pemodelan inversi
(inverse modeling). Pemodelan ke depan (forward modeling) dimaksudkan untuk
mendapatkan atau menghasilkan data perhitungan (teoritik) untuk suatu konfigurasi
atau harga parameter model tertentu, yang nantinya diharapkan dapat
menggambarkan keadaan struktur bawah permukaan bumi, seperti pada gambar 3.
Pemodelan inversi (inverse modeling) dilakukan untuk mendapatkan parameter
model berdasarkan data pengukuran, dalam hal ini data yang digunakan adalah
data anomali gravitasi lokal hasil kontinuasi ke atas untuk wilayah Gunungapi Merapi,
seperti pada gambar 4. Data teoritik hasil pemodelan ke depan nantinya digunakan
dalam pemodelan inversi. Tahapan pemodelan pada program Grablox dan Bloxer
pada gambar 5.
Gambar 3. Peta hasil pemodelan ke depan (forward modeling) pada kedalaman 2 meter
Gambar 4. Hasil pemodelan invers (invers modeling) pada kedalaman 6-8 meter
Gambar 5. Tahapan Pemodelan pada Grablox dan Bloxer
IN SHAA ALLAH
MINGGU DEPAN KITA LANJUTKAN MATERINYA
TERIMA KASIH
TETAP SEMANGAT DAN SELAMAT BERKARYA