METODE MAGNETIK

Panduan Workshop Geofisika 2008 Metode MagnetikPrambanan Klaten, 17-25 Mei 2008

METODE MAGNETIK

1. Pendahuluan

Metode geomagnetik merupakan salah satu metode geofisika yang sering digunakan untuk survei pendahuluan pada eksplorasi minyak bumi, panas bumi, batuan mineral, maupun untuk keperluan pemantauan (monitoring) gunungapi. Metode ini mempunyai akurasi pengukuran yang relatif tinggi, instrumentasi dan pengoperasian di lapangan relatif sederhana, mudah dan cepat jika dibandingkan dengan metode geofisika lainnya. Koreksi pembacaaan praktis tidak perlu dilakukan.

Pada umumnya peta anomali medan magnetik (untuk geofisika terapan biasanya medan total atau medan vertikal) bersifat agak kompleks. Variasi medan lebih tak menentu dan terlokalisir sebagai akibat dari medan magnetik dipole yang merupakan besaran vektor. Peta anomali magnetik menunjukkan sejumlah besar anomali residu yang merupakan hasil variasi yang besar bagian mineral magnetik yang terkandung dalam batuan dekat permukaan. Sebagai akibat dari hal-hal tersebut di atas, maka interpretasi yang tepat dalam metode geomagnetik relatif lebih sulit.

2. Tujuan :

1. Mempelajari adanya kemagnetan batuan atau mineral di bawah permukaan bumi.

2. Mengadakan pemetaan anomali geomagnetik.

3. Mengadakan penafsiran terhadap struktur batuan/mineral di bawah permukaan bumi berdasarkan data anomali geomagnetik.

3. Teori

a). Gaya Magnetik

Dasar dari metode magnetik adalah gaya Coulomb antara dua kutub magnetik m1 dan m2 (e.m.u) yang berjarak r (cm) dalam bentuk :

F = r (dyne)

(1)

dengan (o adalah permeabilitas medium dalam ruang hampa, tidak berdimensi dan berharga satu (Telford, 1979).

b). Kuat Medan Magnet

Kuat medan magnet (H) pada suatu titik yang berjarak r dari m1 didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat kutub magnet, dapat dituliskan sebagai :

H = F/ m2 = r (oersted)

(2)

c). Momen Magnetik

Bila dua buah kutub magnet yang berlawanan mempunyai kuat kutub magnet +p dan p, keduanya terletak dalam jarak l, maka momen magnetik M dapat dituliskan sebagai :

M = p l r1 = M r1

(3)

dengan M adalah vektor dalam arah unit vektor r1 dari kutub negatif ke kutub positif.

d). Intensitas Kemagnetan

Benda magnet dapat dipandang sebagai sekumpulan dari sejumlah momen-momen magnetik. Bila benda magnetik tersebut diletakkan dalam medan luar, benda tersebut menjadi termagnetisasi karena induksi. Oleh karena itu intensitas kemagnetan I adalah tingkat kemampuan menyearahnya momen-momen magnetik dalam medan magnet luar, atau didefinisikan sebagai momen magnet persatuan volume :

I = M / V

(4)

e). Suseptibilitas Kemagnetan

Tingkat suatu benda magnetik untuk mampu dimagnetisasi ditentukan oleh susebtibilitas kemagnetan atau k, yang dituliskan sebagai :

I = k H

(5)

Besaran yang tidak berdimensi ini merupakan parameter dasar yang dipergunakan dalam metode magnetik. Harga k pada batuan semakin besar apabila dalam batuan tersebut semakin banyak dijumpai mineral-mineral yang bersifat magnetik.

f). Induksi Magnetik

Bila benda magnetik diletakkan dalam medan magnet luar H, kutub-kutub internalnya akan meyearahkan diri dengan H dan terbentuk suatu medan magnet baru yang besarnya adalah :

H = 4p kH

(6)

Medan magnet totalnya disebut dengan induksi magnet B dan dituliskan sebagai :

B = mr H

(7)

dengan mr = 1 + 4p k dan disebut sebagai permeabilitas relatif dari suatu benda magnetik.

Satuan B dalam emu adalah gauss, sedangkan dalam geofisika eksplorasi dipakai satuan gamma (g), dengan 1 g = 10-5 gauss = 1 nT.

g). Potensial Magnetostatik

Potensial magnetostatik didefinisikan sebagai tenaga yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan kutub magnet dari titik tak-terhingga ke suatu titik tertentu dan dapat dituliskan sebagai :

A(r) = - H(r) dr

(8)

Untuk benda tiga dimensi, material didalamnya memberikan sumbangan momen magnetik persatuan volume M(r). Jadi potensialnya merupakan hasil integral sumbangan momen dwikutub persatuan volume dan dapat dituliskan sebagai :

A(ro) = - M(r) ( dV

= - M

EMBED Equation.3 dV

(9)

Dan medan magnet benda sebagai penyebab timbulnya anomali dapat dituliskan sebagai :

H(ro) = ( M(r) ( dV

(10)

h). Medan Magnet Bumi

Bumi berlaku seperti sebuah magnet sferis yang sangat besar dengan suatu medan magnet yang mengelilinginya. Medan itu dihasilkan oleh suatu dipole magnet yang terletak pada pusat bumi. Sumbu dipole ini bergeser sekitar 11o dari sumbu rotasi bumi, yang berarti kutub utara geografis bumi tidak terletak pada tempat yang sama dengan kutub selatan magnetik bumi. Menurut IGRF (2000), melalui perhitungan posisi simetris dimana dipole magnetik memotong permukaan bumi, letak kutub utara magnet bumi adalah 79,3 N, 71,5 W dan 79,3 S , 108,5 E untuk kutub selatan.

Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis yang dapat diukur yaitu arah dan intensitas kemagnetannya. Parameter fisis itu adalah deklinasi magnetik D, intensitas horisontal H dan intensitas vertikal Z. Dari elemen-elemen ini, semua parameter medan magnet lainnya dapat dihitung.

Parameter yang menggambarkan arah medan magnetik adalah deklinasi D (sudut antara utara magnetik dan utara geografis) dan inklinasi I (sudut antara bidang horisontal dan vektor medan total), yang diukur dalam derajat. Intensitas medan magnetik total F digambarkan dengan komponen horisontal H, komponen vertikal Z dan komponen horisontal kearah utara X dan kearah timur Y. Intensitas medan magnetik bumi secara kasar antara 25.000 65.000 nT. Untuk Indonesia, wilayah yang terletak di utara ekuator mempunyai intensitas ( 40.000 nT, sedangkan yang di selatan ekuator ( 45.000 nT.

Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu sehingga untuk menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standard nilai yang disebut dengan International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui tipa 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km yang dilakukan dalam waktu satu tahun.

Medan magnet bumi terdiri dari tiga bagian, yaitu :

1. Medan utama (Main field)Pengaruh medan utama magnet bumi ( 99% dan variasinya terhadap waktu sangat lambat dan kecil.2. Medan luar (external field)Pengaruh medan luar berasal dari pengaruh luar bumi yang merupakan hasil ionisasi di atmosfer yang ditimbulkan oleh sinar ultraviolet dari matahari. Karena sumber medan luar ini berhubungan dengan arus listrik yang mengalir dalam lapisan terionisasi di atmosfer, maka perubahan medan ini tehadap waktu jauh lebih cepat. Beberapa sumber medan luar antara lain :

Perubahan konduktivitas listrik lapisan atmosfer dengan siklus 11 tahun

Variasi harian dengan periode 24 jam yang berhubungan dengan pasang surut matahari dan mempunyai jangkau 30 nT

Variasi harian dengan periode 25 jam yang berhubungan dengan pasang surut bulan dan mempunyai jangkau 2 nT

Badai magnetik yang bersifat acak dan mempunyai jangkau sampai dengan 1000 nT

3. Anomali Medan Magnetik

Variasi medan magnetik yang terukur di permukaan merupakan target dari survey magnetik (anomali magnetik). Besarnya anomali magnetik berkisar ratusaan sampai dengan ribuan nano-tesla, tetapi ada juga yang yang lebih besar dari 100.000 nT yang berupa endapan magnetik. Secara garis besar anomali ini disebabkan oleh medan magnetik remanen dan medan magnet induksi. Medan magnet remanen mempunyai peranan yang besar pada magnetisasi batuan yaitu pada besar dan arah medan magnetnya serta sangat rumit diamati karena berkaitan dengan peristiwa kemagnetan yang dialami sebelumnya. Sisa kemagnetan ini disebut dengan Normal Residual Magnetism yang merupakan akibat dari magnetisasi medan utama.

Anomali yang diperoleh dari survei merupakan hasil gabungan dari keduanya, bila arah medan magnet remanen sama dengan arah medan magnet induksi maka anomalinya bertambah besar, demikian pula sebaliknya. Dalam survei magnetik, efek medan remanen akan diabaikan apabila anomali medan magnet kurang dari 25 % medan magnet utama bumi (Telford, 1979).

Adanya anomali magnetik menyebabkan perubahan dalam medan magnet total bumi dan dapat dituliskan sebagai :

HT = HM + HA

(11)

dengan

HT = medan magnetik total bumi

HM = medan magnetik utama bumi

HA = medan anomali magnetik

Bila besar HA STORE

Arah sensor sesuai dengan tanda anak panah (N)

Pengambilan data dengan modus AUTO dilaksanakan di tempat yang tetap (fixed station).

9. Mentransfer data di memori ke komputer untuk pemrosesan lebih lanjut.

c). Petunjuk Singkat Pengoperasian :

1. Mengambil dan menyimpan data pembacaan

Tekan : READ => STORE

2. Membersihkan seluruh isi layar :

Tekan : CLEAR

3. Memanggil isi memori (pembacaan yang terakhir) :

Tekan : RECALL4. Memanggil isi memori (nomor stasiun tertenstu) :

Tekan : RECALL => SHIFT => station # => station # => station # => ENTER

5. Tuning magnetometer :

Tekan : READ => TUNE => SHIFT => # => # => ENTER

6. Menghapus data :

a. Pembacaan yang terakhir :

Tekan : READ => RECALL => ERASE => ERASE

b. Kelompok pembacaan yang terakhir :

Tekan : RECALL => SHIFT => station # => station # => station # => ENTER => ERASE => ERASE

c. Seluruh memori :

Tekan : RECALL => SHIFT => 0 => ENTER => ERASE => ERASE.

7. Membaca waktu dan line number :

Tekan : TIME (tekan ketika pembacaan sedang ditampilkan)

8. Men set-up line number :

Tekan : TIME => SHIFT => line # => line # => line # => ENTER

9. Men set-up Julian Day

Tekan : AUTO => TIME => SHIFT => day # => day # => day # => ENTER

10. Men-set up Julian Day dan Time

Tekan : AUTO =>TIME =>SHIFT =>day # =>day # => day # => hour # => hour # => minute # => minute # =>ENTER

11. Memulai keluaran data

Tekan : AUTO => ENTER

12. Menyetop keluaran

Tekan : OUTPUT => CLEAR

13. Men set-up mode Auto

Tekan : AUTO => SHIFT => Second # => Second # => ENTER

14. Menghentikan mode Auto

Tekan : AUTO => CLEAR

d). Daftar Fungsi Tombol, Tampilan, dan Konektor :

1. CLEAR

: membersihkan segala tampilan layar2. SHIFT (0)

: mengakses fungsi-fungsi tertentu3. ENTER : memberikan perintah sistem untuk melaksanakan perintah pengaksesan suatu fungsi. Selain itu untuk menaikkan lokasi memori yang tampil di layar (lihat RECALL).

4. OUTPUT (1): mengeluarkan data memori secara otomatis ke piranti eksternal

5. AUTO (2): memulai dan mengakhiri perekaman data secara otomatis (modus Auto)

6. ERASE (3): menghapus data yang terbaca terakhir, kelompok data atau seluruh data yang ada di memori.

7. FIELD (4):

8. TIME (5): mengakses clock waktu saat itu dan menampilkan waktu saat pembacaan data dilakukan.

9. TUNE (6): menampilkan dan/atau men-set up tuning, serta mengatur kuat sinyal.

10. RECALL (7): mengakses memori dan menurunkan lokasi memori yang ditampilkan.

11. STORE (8): menyimpan data pembacaan dalam memori

12. READ (9): pembacaan harga medan

13. FIELD/TIME: menampilkan data intensitas medan magnetik atau waktu

14. STATION/DAY: menampilkan nomor stasiun, Julian day, atau nomor lintasan. Selain itu menampilkan kuat sinyal, tuning, dan tegangan battery.

15. Konektor: merupakan konektor G-856 ke sensor, perekam, printer, komputer atau daya eksternal.

e). Informasi Tambahan :

1. Battery

Terdapat 2 jenis battery dalam PPM G-586, yakni 8 (delapan) battery D-cell dan 1 (satu) buah battery lithium. Delapan battery D-cell menghidupkan operasi-operasi dasar dan battery lithium menghidupkan clock dan memori.

2. Mengambil data dari memori

Data dari memori dapat dipindahkan ke komputer dengan prosedur:

a. Hubungkan konektor dengan console dan ujung konektor yang satu dengan port serial komputer.

b. Buka program Magmap dan pilih option import data dari G-586.c. Beri nama file data di komputer

d. Tekan tombol : OUTPUT => ENTER

e. Jika transfer berhasil, data bisa dibuka dengan berbagai program editing seperti notepad, wordpad, excel, dll.

3. Penyimpanan instrumen PPM G-856

Lepas kabel sensor dari Magnetometer

Simpan semua komponen di shipping container untuk menjaga dari kontaminasi magnetik.

Jika sistem magnetometer hendak disimpan pada waktu yang lama, lepas battery untuk menjaga dari keterpautan elektronik atau korosi karena kontak,

Jangan melepas battery lithium yang disolder di board rangkaian.

4. Perawatan dan pencarian kesalahan (trouble shooting)

(lihat buku manual).

Pustaka

Grant, F.S, West, 1965, Interpretation Theory in Applied Geophysics, McGraw Hill Corporation.

Sharma, P,V., 1997. Environmental and Engineering Geophysics, Cambridge University Press.

Telford W.M., dkk, 1979, Applied Geophysics, Cambridge University Press.

LAMPIRAN

Lembar Data Pengukuran Magnetik Total

Hari/tanggal

: .............................. Operator: ...............................

Lokasi/Lb. Peta: .............................. Cuaca: ...............................

Alat

: .............................. Topografi : ...............................

No.Nama

Titik amatPosisi Titik amat

X Y ZPembacaan PPMWaktuKeterangan

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

Tabel A.1. Daftar Susesptibilitas Magnetik Batuan dan Mineral

No.Tipe Batuan atau MineralSuseptibilitas Magnetik

(( x 10-6 SI)

1.Granite (with magnetite)20 40.000

2.Slates0 1.200

3.Gabbro800 76.000

4.Basalt500 80.000

5.Oceanic Basalt300 36.000

6.Limestone (with magnetite)10 25.000

7.Gneiss0 3.000

8.Sandstone35 950

9.Pyrite (ore)100 5.000

10.Hematite (ore)420 10.000

11.Magnetite (ore)7x10-4 14x106

12.Magnetite (crystal)150x106

13.Serpentinite3.100 75.000

14.Graphite (diamagnetic)-80 to 200

15.Quartz (diamagnetic)-15

16.Gypsum (diamagnetic)-13

17.Rocksalt (diamagnetic)-10

18.Ice (diamagnetic)-9

Catatan : Untuk mengkonversikan harga-harga di atas ke dalam satuan cgs, dibagi dengan 4(.

Gambar A.1. Prinsip kerja Fluxgate Magnetometer.

Gambar A.2. Bila bumi dianggap mempunyai dipole magnet di pusatnya, maka distribusi medan magnetnya dapat ditunjukkan dengan anak panah.

Gambar A.3. Distribusi sudut inklinasi medan magnet bumi (IGRF, 1990).

Gambar A.4. Distribusi intensitas medan magnet total (a), dan sudut deklinasi (b).

Gambar A.5. Profil anomali medan magnet total ((T) yang diukur di atas kawasan anomali sebagai fungsi elevasi di atas permukaan tanah.

Gambar A.6. Profil anomali medan vertikal ((Z) dan medan total ((T) di atas bola yang termagnetisasi seragam, yang berada pada daerah dengan inklinasi yang berbeda.

Gambar A.7. Profil anomali medan magnet total dari suatu benda anomali 2 dimensi, (a) apabila arah magnetisasi tidak vertikal, (b) arah magnetisasi vertikal.

Gambar A.8. Gradien vertikal dari suatu profil aeromagnetik (bawah) menunjukkan resolusi yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan medan magnetik total (atas).

Gambar A.9. Model iteratif dari suatu profil anomali medan total pada tubuh anomali berbentuk dike. Model awal ditunjukkan dengan garis putus-putus dan model akhir ditunjukkan dengan garis padat, dihitung dengan menggunakan komputer.

Gambar 1. Elemen magnetik bumi

T

FM

FT

FA

Data lapangan

Koreksi IGRF

Koreksi variasi harian

Anomali medan magnet total

Peng-grid-an

Pembuatan peta anomali medan magnet total

Kontinuasi ke atas

Pemodelan

Interpretasi

Kesimpulan

Geologi

Informasi Geologi

Penentuan Lintasan /

Posisi Titik Ukur

Pengukuran Data Magnetik

Reduksi Data (koreksi-koreksi)

Pengolahan Data

Penafsiran Data

PAGE

_1032329804.unknown

_1036193757.unknown

_1036193801.unknown

_1036193538.unknown

_1036193665.unknown

_1036193268.unknown

_1032329417.unknown