94900848 Berbagai Variasi Sifat Fisik Batuan

Beberapa Hubungan Antara Variasi Sifat Fisik Batuan

1

BEBERAPA HUBUNGAN ANTARA VARIASI

SIFAT FISIK BATUAN

Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata Fisika Batuan

Dosen Pengampu : Prof. Dr. Sismanto, M.Si

Disusun Oleh:

Sudra Irawan (11/323010/PPA/03603)

Natalius Simanullang (11/323333/PPA/03638)

PROGRAM STUDI S2 ILMU FISIKA BIDANG MINAT GEOFISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2012


2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI .......................................................................................................... 1

BAB I. TINJAUAN UMUM ............................................................................. 2

BAB II. HUBUNGAN ANTARA SIFAT-SIFAT YANG DITENTUKAN

DENGAN METODE GEOFISIKA .................................................... 3

A. Hubungan Berdasarkan Teori Fisika Zat Padat ............................ 3

B. Model Volumetrik - Suatu Sistem Persamaan Linier untuk

Komposisi Batuan dan Penentuan Porositas ................................. 6

C. Model Sederhana untuk Patahan Retakan Batuan ........................ 15

D. Model dengan Variabel Struktur Internal ..................................... 16

BAB III. HUBUNGAN ANTAR SIFAT YANG DITENTUKAN DENGAN

METODE GEOFISIKA DAN SIFAT GEOTEKNIK .................... 19

A. Pendahuluan .................................................................................. 19

B. Sifat Frakture yang Diperoleh dari Pengukruan Seismik.............. 20

C. Modulus Statik dan Dinamis ......................................................... 22

D. Korelasi Antara Sifat-sifat Geofisika dan Kekuatan

Sifat-sifat Batuan .......................................................................... 29

1. Sifat Kekuatan Batuan ............................................................ 29

2. Korelasi ................................................................................... 33

3. Model yang Disarankan .......................................................... 37

BAB IV. KESIMPULAN .................................................................................... 43

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 44


3

BAB I

TINJAUAN UMUM

Dasar fisik untuk adanya hubungan antara sifat fisik yang bervariasi antara

kecepatan dan elastisitas, gelombang dan konduktivitas panas diberikan oleh:

1. Hubungan antara sifat kandungan khusus batuan (sifat elastisitas dan panas dari

mineral).

2. Hubungan parameter yang dipertimbangkan dengan jumlah

“parameterinvariant” seperti porositas, komposisi batuan dan sebagainya.

Pengetahuan dari beberapa hubungan ini merupakan dasar untuk memasuki

interpretasi data geofisik. Dalam aplikasi nyata, kita dapat membedakan dua tipe

hubungan:

1. Hubungan antara sifat ditentukan oleh metode geofisik (kecepatan gelombang

elastik dan konduktifitas panas batuan) termasuk pengaruh komposisi batuan

atau lithologi dan porositas. Dalam kebanyakan kasus, hubungan dan

logaritmanya digunakan dalam pengukuran parameter melalui metode nuklear

(variasi persilangan bagian, porositas neutron).

2. Hubungan antara penentuan sifat menggunakan metode geofisik dan sifat fisik

lainnya (sifat geoteknikal, permeabilitas hidrolik).


4

BAB II

HUBUNGAN ANTARA SIFAT-SIFAT YANG DITENTUKAN

DENGAN METODE GEOFISIKA

A. Hubungan Berdasarkan Teori Fisika Zat Padat

Pada bab 6.3 persamaan 6.23, Birch Empiris, membahas hubungan antara

kecepatan gelombang seismik dan densitas. Hubungan antara sifat elastis dan densitas

juga ditunjukan oleh Anderson (1967) disederhanakan dari ”persamaan seismik”

(seismic equation of state):

d = a mA.n (10.1)

Dimana d: densitas, mA: massa atom rata-rata, n pada orde 1/4- 1/3 dan dihubungkan

denga konstanta Grüneisen, : parameter seismik.

= vp2 –4/3.vs

2 = Kad/d (10.2)

Gambar 10.1 menunjukkan data 31 jenis mineral dan batuan yang diplot nilai ln(d/mA)

versus ln . Garis tebal adalah akar terkecil sesuai dengan persamaan 10.1.

d/mA = 0.048 0.323 0.12 (10.3)

dimana densitas dalam gr/cm3 dan kecepatan dalam km/s.

Teori Debye dari kisi-kisi dinamik (lattice dynamics) memberikan hubungan antara

konduktivitas termal , panas jenis c, densitas d dan kecepatan suara rata-rata vm.

c.d.vm (10.3)

dimana,

3/vm3 = 1/vp

3 + 2/vs3

(10.5)

Demikan hubungan ditetapkan dari fisika padat (solid state physics) yang

dikombinasikan atau dimodifikasi dengan hubungan empiris. Horai dan

Simmons (1969, 1970) mengembangkan hubungan antara kecepatan gelombang


5

kompresi dan geser (shear) dengan konduktivitas termal didasarkan atas data

eksperimen dengan persamaan linier:

vp = (405.0 47.7) + (5930.0 170) (10.6)

vs = (214.8 47.7) + (3310.0 160) (10.7)

dengan vp, vs dalam m/s dan dalam W m-1

K-1

Berdasarkan persamaan 6.30, hukum Birch dan persamaan 8.7 persamaan umum

termasuk pengaruh massa atom rata-rata, maka:

vp = a1 + b1(mA) (10.6)

vs = a2 + b2(mA) (10.7)

Rybach dan Buntebarth (1982, 1984) menurunkan variasi hubungan antara densitas,

kecepatan gelombang kompresi, dan penurunan panas (heat generation) didasarkan

pada “model ion mineral”. Mereka mulai mendiskusikan komposisi kimia (dan massa

atom rata-rata) sendiri yang tidak cukup untuk menjelaskan susunan mineral.

Demikian, aspek struktur densitas pembungkus/kulit/penutup harus dipertimbangkan.

Jumlah aspek-aspek ini, fraksi kation yang ada dalam struktur mineral rupanya tidak riil

(appropriate). Fraksi kation dapat didefinisikan oleh cation packing index K, yang

adalah perbandingan dari bilangan kation per molar volume, dinormalkan dengan

bilangan avogadro. K dapat ditentukan dari analisis modal bagian tipis sample batuan

(rioloit/gtranit hingga komposisi ultra basa) pada table 10.1.

d = 1.27 + 28.3 . K dengan koefisien korelasi r = 0.982

(10.10)


6

vp = 1.58 + 84.1 . K dengan koefisien korelasi r = 0.933

(10.11)

ln A = 12.20 – 230.5 . K dengan koefisien korelasi r = 0.935 (10.12)

Hubungan antara densitas, kecepatan gelombang kompresi (diukur pada 50

Mpa) dan penurunan panas adalah:

d = 0.74 + 0.34 . vp (10.13)

ln A = 16.5 – 2.74 . vp (10.14)

ln A = 22.5 – 8.15 . d (10.15)

Korelasi terbaik untuk mineral dan batuan sebgai material padat di bawah

kondisi kerak (crust) lebih dalam dan dari bagian dalam bumi. Untuk batuan

alam di bagian atas kerak bumi, efek hancuran, pecahan, pori-pori, kontak grain

(butiran) dan lain-lain, mendominasi pengaruh sifat fisika; batuan tidak dapat

dianggap tak terganggu oleh kerusakan material padat. Karena itu model-model

yang lain harus digunakan dengan memasukkan efek kerusakan tersebut.

B. Model Volumetrik-Suatu Sistem Persamaan Linier untuk Komposisi

Batuan dan Penentuan Porositas


7

Model volumetric dapat dimulai dalam menghubungkannya dengan

definisi dan pembahasan densitas pada bab 3. Densitas batuan berpori

(persamaan 3.4) adalah:

d = (1 -).dm + .dfluid (10.16)

Atau biasanya untuk batuan dengan n komponen:

n

i

ii dVd1

.

n

i

iV1

1 (10.17)

Dimana Vi adalah volume fraksi, di densitas komponen ke-i. Persamaan ini

menunjukkan bahwa nilai efek densitas batuan tidak ambigu ditentukan oleh

densitas masing-masing komponen dan volume fraksi masing-masing.

Dalam formulasi umum, nilai efektif sifat fisik diberikan oleh jumlahan

perkalian antara sifat X dengan volume fraksi V masing-masing komponen:

n

i

ii XVX1

.

n

i

iV1

1 (10.17)

Hubungan ini dan model volumetric valid untuk seluruh sifat scalar (contoh,

densitas, profil nuklir). Penerapan varaiasi sifat, berbentuk persamaan linier

sistim (system of linier equation), yang mana adalah bagian dasar dari algoritma

dan strategi interpretasi beberapa log.

Dalam penambahan densitas – diperoleh dengan pengukuran densitas

gamma-gamma-densitas – porositas neutron N (sebagai sifat skalar kedua) juga

digunakan kedua bentuk sistim ini dari persamaan linier:

n

i

iGGiGG dVd1

,. (10.19)

n

i

iNiN HV1

,. (10.20)

dGG: densitas yang diukur dengan instrumen gamma-gamma. Jika instrumen

dikalibrasi dengan menggunakan suatu material dengan perbandingan nomor

atom (Z) denga massa atom (A) yaitu Z/A = 0.5, maka hubungan antara densitas

gamma-gamma dGG dan “densitas massa” d, didefinisikan oleh persamaan:

eff

eff

GG AZdAZ

dd ..25.0

. (10.21)

Dimana (Z/A)eff adalah perbandingan efektif rata-rata batuan. Tabel 10.2

memperlihatkan nilai rata-rata beberapa batuan.


8

N: porositas neutron. Instrumen neutron-neutron (atau neutron-gamma)

membaca menurun perlahan dan bersifat menangkap neutron pada batuan.

Hidrogen jarang tinggi, profilnya menurun perlahan untuk neutron. Komponen-

komponen dengan kandungan hydrogen tinggi (air, minyak) mempunyai efek

dominan pada pengukuran ini. Instrumen-instrumen neutron karena

memantulkan porositas liquid-filed dalam formasi bersih. Pengaruh komponen

gas (dengan konsentrasi hidrogen relatif rendah ditentukan oleh liquid) dan

mineral-mineral sebagian adalah kecil. Jika mineral berisi hodrogen atau air

dalam kisi-kisi kristal atau mempunyai “bound water” maka, keadaan ini dengan

cara yang sama pada flux neutron sebagai air bebas dalam pori-pori. Hal ini

disebabkan oleh efek neutron dari gypsum dan lempung.

Efek neutron dari komponen-komponen batuan digambarkan oleh “indeks

hidrogen” H. Untuk air murni Hfresh water = 1, oleh kalibrasi instrumen. Seluruh

material yang lain berhubungan dengan nilai referensi ini. Maka indeks hidrogen

beberapa material adalah sebanding dengan air murni dengn respek terhadap

respon neutron. Dalam praktek, instrumen neutron biasanya dikalibrasi pada

batu gamping berpori yang dijenuhkan oleh air murni. Dengan kalibrasi ini,

indeks hidrogen dari kalsit adalah nol.

Tabel 10.2 memperlihatkan beberapa nilai rata-rata, untuk lempung

bernilai relatif tinggi pada lapisan dalam dan batas air. Gipsum tidakm berpori

bernilai tinggi yang dihasilkan oleh hydrogen dalam kisi-kisi kristal. Untuk air

tanpa NaCl (atau ion lain) menempati ruang dan karena itu menurunkan densitas

dan indeks hydrogen (Table 10.3).


9

Hsolution = 1 - 0.4.CNaCl (10.22)

Dimana: CNaCl adalah konsentrasi dalam ppm, pada temperatur 750F = 24

0C

(Schlumberger, 1989).

Dalam memperkirakan indeks hidrogen dari hidrokarbon cair (minyak

bumi) oleh Daveton, 1986, Schlumberger, 1989. Untuk pengukuran relatif dari

konten hidrogen pada air adalah:

9

1

162

2222

*

OHOHOH ddH

(10.23)


10

Berat atom hydrogen dan karbon rata-rata 1 dan 12. Untuk hodrokarbon dengan

rumus n(CH2) adalah:

7

2

212

2)()(

*

)( 222 HCnHCnCHn ddH

(10.24)

Indeks hidrogen dari hidrokarbon:

)()(

**

)(

*

)( 22222.286.1

7

9/ HCnHCnOCHCHnCHn ddHHH

(10.25)

Densitas minyak 0.85, maka indeks hidrogen 1.09. Persamaan 20.25 untuk

hidrokarbon lebih berat (n lebih besar). Untuk hidrokarbon cerah (light) adalah

>0.25 persamaan H2.2.d (Schlumberger, 1989).

Indeks untuk hidrokarbon gas bergantung komposisi gas, tekanan dan

temperatur. Beberapa contoh pada Tabel 1003. Porositas neutron N untuk suatu

poro-pori, sebagian batuan jenuh adalah:

N = . Hfluid + (1 - ).Hmatriks (10.26)

: porositas sebenarnya persamaan 2.1, Hmatriks: indeks hydrogen matriks, Hfluid:

indeks hodrogen pori fluida. Untuk gas dan air perbandingan (bearing) batuan,

Hfluid adalah:

Hfluid = Hw.Sw + Hgas (1 – Sw) Sw (10.27)

Model volumetrik ini dan hubungan persamaan linier digunakan sebagai dasar

variasi metode interpretasi log untuk memperkirakan porositas dan jenis batuan

(litologi)

Seringkali sonik log dan parameternya, waktu pindah t termasuk dengan

waktu liniear berhubungan rata-rata (Bab 6.4.3.1) adalah:

t = (1 - ) tma + tfluid (10.28)

atau bentuk umum untuk n komponen:


11

t =

n

i

tiVi1

. (10.29)

Walaupun aplikasi biasa dan imbuhan waktu rata-rata harus disampaikan

pendapat bahwa sifat elastik (seismik) sebagai sifat tensorial tidak dpt diketahui

secara sesak mengikuti model volumentrik sederhana dengan tidak

mempertimbangkan distribusi ruang komponen-komponennya, bonding dan

sebagainya (Bab 6.4). Termasuk dalam metode inteprestasi yang disempurnakan.

Teknik yang digambarkan scr detail dalam teksbook well logging (serta 1984,

Jorden dan campbell, 1984, Ellis, 1987, Hearst dan Nelson, 1985) dan

manualnya (Schlumberger, 1989, Western Atlas, 1992).

Mengikuti jenis utama teknik, didasarkan pada model volumetrik:

a. Litologi, atau identifikasi matrik dan penentuan porositas menggunakan

dua sifat terkukur (logs)

Contoh pada gambar 10.3 grafik sonic neutron dihitung dengan sifat

pada tabel 10.4. Tiga monomineral satuan berpori (dijenuhkan air) adalah ke 3

garis lurus dengan suatu skala porositas yang linear. Bahan-bahan utama

(kuarsa, kalsit, dolomit, dan air) ditentukan pada titik terakhir pada ujung garis,

penerapan praktis, biasanya:

Bagian kini (porositas di bawah 0,3) diplot dan

Kurva-kurva modifikasi empiris.

Beberapa kumpulan terukur dari travel time sonic dan porositas neutron

berhubungan dengan satu titik pada crossplot dan menentukan jenis batuan dan

porsitas. Tanda bintang pada gb. 10.3 adalah suatu contoh (batu gamping dengan

porositas =0,10).


12

b. Litologi atau identifikasi matriks dan penentuan porositas menggunakan

padatan dari tiga sifat log terukur

Ketiga log porositas (sonik, neutron dan densitas) bermanfaat, crossplot

similton 3 dimensi menyatakan ketiganya. Kesukaan dan pemakaian demikian

dari suatu plot dihindarkan dengan mengeplot M-N (Schlumberger) oleh Burke

dkk 91969) dbg penyelesaian cerdik untuk problem 3D ini yang dikurangi

menjadi 2D dengan mengeliminir satu yang tidak diketahui (Deveton, 1960).

Burke et. Al (1969) mendefinisikan M dan N. M kombinasi sifat sonik dan

densitas, N kombinasi neutron dan densitas perhitungan selanjutnya pada

matrik-matriks yang diketahui dan sifat fluida, yaitu:

M = nGGmGG

mn

dd

tt

,.100 (10.30)

N = nGGmGG

mn

,d,d

HH

(10.31)


13

Menggunakan nilai matriks dan Florida (contoh tabel 1.3) porositas bebas

parameter M dan N dapat dihitung untuk berbagai jenis matriks dan diplot pada

gambar 10.4. Versi kedua parameter digunakan untuk interpretasi

M = nGGGG ,dd

ΔtΔtn

.100 (10.32)

N = nGGGG

mn

,dd

H

(10.33)

Dimana t , dGG, N adalah nilai terukur. Penentuan posisi ini dari titik profil

nilai terukur atau pemotongan dalam M – N plot terukur dan memberikan suatu

litologi tertentu. Dapat diperlihatkan bahwa kedua pasangan persamaan (10.30,

10.31) dan (10.32, 10.33) sama dengan menyisipkan persamaan respon liniear

(10,16, 10,26, 10-28) ke (10.30), dan (10.31).

Dengan mengikuti langkah ini, porositas dapat dihitung berdasarkan pada

jenis matriks dan hubungan sifat matriks. Pasangan data M, N antara hukum

matrik yang dihitung pada M-N plot, direpresentasikan sebagai penyusun

matriks (composit matrik)


14

c. Penyelesaian numerik dari sistem persamaan dalam penentuan litologi

dan porositas

Langkah utama mengikuti gambaran terbaik oleh Deveon (1986) dari filosofi

metode ini, fisika dan matematika dengan metode aljabar matrik.

Untuk batuan berpori yang jenuh air dengan penyusun matriks, terdiri dari

Kalsit (c), dolomit (D), dan kuarsa atau chert (Q), masing-masing pada tabel

10.4 adalah

dGG = 2.71 Vc + 2.87 VD + 2.65 VQ + 1.00 (10.34)

N = 0.00 Vc + 0.02 Vb – 0,02 VQ + 1.00 (10.35)

t = 156 Vc + 143 VD + 180VQ + 620 (10.36)

Dan persamaan kesetimbangan volum adalah

1 = VC + VD + VQ + (10.37)

Dimana VC, VD, dan VQ adalah fraksi volumd ari komponen mineral, sistem

dari empat pers liniear dapat ditulis sebagai persamaan matrik

1

Δt

d

N

GG

=

00.100.100.100.1

620180143156

00.102.002.000.0

00.165.287.271.2

Q

D

C

V

V

V

(10.38)

M = RV (10.39)

Dimana M adalah matrik sifat terukur, R matrik respon dan V matrik respon, dan V

matrik fraksi volum dengan:

V = R-1

M (10.40)

R-1

= Inver matrik koefisien pada kasus ini persamaan matriks yang diperkuat

adalah :


15

Q

D

C

V

V

V

=

651.00004.070.005.0

78.200445.091.1111.5

03.240216.002.363.7

74.450665.019.868.12

1

Δt

d

N

GG

(10.41)

Sistim dapat ditentukan jika : Jumlah log = jumlah komponen – 1

Penggunaan teknik ini, komposisi beberapa bagian profil dapat diperoleh dengan

perkalian awal vektor kolom dari log yang terbaca dan yang satu oleh invers

matrik koefisien (Doveton, 1986). Dari dua dasar ini diperoleh arah yang

penting:

1. Termasuk sifat penambahan dan hubungan persamaan liniear.

Sifat-sifat ini ditentukan oleh teknik nuklir. Langkah pertama adalah

mengukur profil fotolistrik. Profil fotolistrik dikontrol oleh interaksi sinar

gamma (gamma ray) dengan material pada level energi rendah, dimana efek

fotolistrik berada. Instrumen berdasarkan pada respon dan tinggi (z = nomor

atom) yang dapat digunakan untuk menentukan batuan. Profil fotolistrik

digambarkan oleh parameter Pe (dalam barn/elektron) atau U (dalam

barn/cm3) pas liniear untuk U adalah

U =

n

i

ii UV1

.

10.42

Tabel 10.2 adalah beberapa nilai rata-rata U (barit bernilai tiga). Metode lain

didasarkan pada tkenik variasi spektoral dengan pemilihan elemen. Sistem

persamaan berhubungan dengan lain satu log. Geokimia (Schlumberger),

sehingga dapat diterapkan untuk menentukan komposisi mineral dari profil

KTB (Draxter, 1990).

2. Pertimbangan dari kasus sistem underterminan (tidak ditentukan): (jumlah

log < (jumlah komponen - 1) dan kasus sistem overdeterminan: (jumlah log)

> (jumlah komponen – 1). Dalam memilih, sistem dterminan diselesaikan

dengan kriteria eror minimum dari penyelesaian akhir sebagai kemungkinan


16

jawaban terbaik (detail lihat Doverton, 1986). Langkah pertama, seluruh

teknik ini menghendaki suatu bentuk model. Termasuk pemilihan bentuk

(formation), respon instrumen dan kendala fisika. Quirein et.al, 1986

melengkapi suatu kerangka kerja koheren untuk mengembangkan banyak

model dalam mengevaluasi formasi.

C. Model Sederhana untuk Patahan Tetakan Batuan

Pada bab 6.4.3.4 dibahsa model sederhana patahan batuan untuk

menghitung kecepatan Gelombang Elastis dan diterapkan pada sifat pada Bab.

8.4.2.3 diperoleh hubungan:

Kecepatan = (1 – D ) ½ . m

(10.43)

Konduktivitas = (1 – D). m (10.44)

Dimana D adalah efek kerusakan retakan kecil (microcraek)patahan dll. Pada

kedua pers, indek m adalah bahan matrik padat yang tidak patah.

Penerapan dari model yang sama pada kedua sifat memberikan

kemungkinan untuk menurunkan hubungan antara keduanya hubungan bagian

model (connectivity model part) adalah kerusakan parameter D (defect

parameter D).

22

mv

m

v

(10.45)

atau

2

2).(

mv

m = A.

2 (10.46)

artinya adalah sebagai hubungan kerusakan pada batuan yang patah,

perbandingan yang sama antara produktivitas termal sebanding dengan dan

kuadrat kecl. Gelombang Elastik

2 (10.47)


17

)(2

m

vv

mA

dikontrol oleh sifat matriks.

Gambar 10.5 memperlihatkan suatu contoh plot bilogaritmik konduktivitas

termal B kecepatan. Pers. 10.46 garis-garis lurus sejajar dengan slop 2 dan

parameter kurva Ax. beberapa A untuk beberapa macam mineral di bagian

atas sumbu axis. Data eksperimen untuk genis, sekis, melaphine dan basal

disusun pada dua kelompok, yaitu:

A = 0.09-0.13 = genis dan filit, rata-rata A 0.1

A = 0.04-0.06 = basal dan melapir, rata-rata A 0.045

Nilai A untuk genis dan filit condong ke komponen terhadap mineral asam

(kwarsa), sedangkan basal dan melapis condong ke komponen mineral basa.

Pendekatan pertama, dua persamaan sebagai korelasi antara konduktivitas termal

dengan kecepatan Gelombang Elastik.


18

0,1 2 untuk genis dan filit

0,045 v2 untuk basal dan maladhire.

D. Model Dengan Variabel Struktur Internal

Pada hal. 6.48 model dengan variabel struktur internal ditunjukkan dengan

sudut struktur. Dari model tersebut diterapkan variasi sifat-sifat: elastik, termal,

dan listrik. Hubungan persamaan memperlihatkan arsitektur yang sama untuk

menghitung makroproperty (keseluruhan, model atau batuan).

Mackroproperty = f (microproperties, volume fraksi, struktur, banding.)

Dalam hubungan umum ini, sifat-sifat mikro (contoh konduktivitas termal

batuan), hal ini juga betul untuk sifat bonding. Tetapi volume dan struktur fraksi

dan selalu mempunyai sifat-sifat yang sama antara lain, elastik, listrik, termal

dan sifat-sifat fisik setelahnya. Karena itu volume dan struktur fraksi peran

sebagai joint connection (penghubung) antara berbagai macam sifat fisik batuan.

Hal di atas berguna untuk menggunakan parameter tidak berdimensi

(dinormalkan) untuk memperoleh korelasi utama sifat-sifat tediri dari

“microproperty of dominant influence” yaitu:

Untuk kecepatan gelombang elastik, kecepatan material matrik padat (m)

Untuk konduktivitas batuan, konduktivitas mat matrik padat (m)

Untuk konduktivitas batuan elektrik, konduktivitas pori-pori air (w = -1

w)

dinormalkan dalam fraktur fromasi.


19

Gambar 10.6 memperlihatkan contoh plot kecepatan Yang dinormalkan (bandingkan

dengan Bab 6.4.8).

P,norm = 2

1

33

33 ),(.1

fS

G

(10.48).

Vesus kondiktivitas termal yang dinormalkan

3, norm =

s

3 (10.49)

Kecepatan nomal, pada kasus ini adalah gelombang longitudinal

(bertambah secara vertikal) pada batuan ke pori kering. Termasuk dalamnya

efek prositas, struktur internal, dan sifat banding, besar nilai kecepatan

Sebenarnya untuk batuan adalah perkalian dengan suatu faktor termasuk sifat

matriks. Konduktivitas termal normalisasi adalah konduktivitas batuan (atau

model) dibagi dengan konduktivitas material matrik padat.

Plot kurva memperlihatkan suatu jaringan dari dua macam kurva. (1)

porositas, (2) struktur sebagai parameter. Ini berarti bahwa beberapa korelasi

antara kecamatan dan konduktivitas termal dikontrol oleh:

Parasitas dan struktur internal (jaringan parameter)

Kontak atau sifat banting (f=4 dan e/s = 0,5)

Brain dan sifat geometri puri (jaringan dihitung untuk g/ p = 0,5)

Sifat matriks (faktor netralisasi)

Pada contoh di atas jaringan ini digunakan untuk suatu analisis of experimental

results.


20

Gambar 10.7. adalah kurva kecepatan versus konduktivitas termal dengan faktor

empiris:

p = (4.700 m/s). p, norm, = 2 (W/mK) 3,norm

Relatif rendah untuk s=2 (W/mK) disebabkan oleh lempung (clay).

Data eksperimen disusun dalam jaringan dand lm pross prosity ronges range

porsitas. Penyebaran data dapat diintepretasi sebagai kombinasi pengaruh

perubahan poristas dan struktur. Setiap titik pengukuran dapat dihitung dengan

persamaan pada bab 8.45 dengan p = air dan menggunakan perseamaan Biot

Geerstama–smith untuk menghitung kecepatan pada batuan yang jenuh air

(dihitung dari kecepatan batuan kering)


21

Gambar 10.8 adalah contoh pada kasus ini. Konduktivtas termal dan kecepatan

Gel longitudinal ditentukan pada core (pusat) batuan sedimen lemah dari lubang

bor di Danau Surich, Swiss. Perhitungan kurva memberikan suatu pendekatan

yang baik dan memperlihatkan bahwa struktur sedimen relatif konstan ( = 600)

tetapi porositas berubah cukup signifikan (karena tekanan maksimum).

Dalam perbandingan cara yang sama, dapat juga dihitung untuk konduktuivitas

termal vs faktor formasi dan faktor formasi vs kecepatan.


22

Gambar 10.9 sebagai contoh korelasi antara kondisi termal vs. faktor formasi.

Suatu network kurva dengan porsitas konstan dan kurva dengan sudut struktur

konstan juga ada pada kasus ini. Pengiridan diterapkan pada data eksperimen

pada batu pasir Cambrioan dengan kandungan kuarsa relatif tinggi (69-87%).

Penyebaran data dapat diinterpretasi sebagai variasi porositas dan Honga tinggi

untuk s = 5,4 W/mK yang disebabkan oleh kandungan kuarsa.

Seluruh perhitungan didasarkan pada model struktur pada normalisasi

krosplot. Merupakan jaringan 2 kurva, (1)porositas, (2)sudut struktur. Hal ini

berarti bahwa korelasi dikontrol oleh:

Prositas dan struktur internal (parameter jaringan)

Kontak atau sifat banding

Grain dan sifat geometri pori-pori, dan sifat matrik sebagai faktor

normalisasi.


23

BAB III

HUBUNGAN ANTAR SIFAT YANG DITENTUKAN DENGAN METODE

GEOFISIKA DAN SIFAT GEOTEKNIK

A. Pendahuluan

Salah satu arah pengembangan dalam penerapan metode geofisika antara

lain dipusatkan pada problem geotekik sebagai aplikasi, ada 2 pertanyaan besar

yaitu:

Struktur atau arsitektur di bawah permukaan tanah (batas di bawah, patahan

dll).

Sifat-sifat/ bentuk permukaan.

Dengan memperhatikan sifat-sifat di atas, kita dapat membedakan antara:

Gambaran umum atau klasifikasi batuan yang berhubungan dengan aktivitas

geotektonik (contoh, jenis batuan, derajat patahan, densitas, dll).

Penentuan langsung sifat-sifat geoteknik (modulus deformasi, sifat

kekuatan).

Dalam prakteknya kombinasi metode geofisika dan geoteknik sangat penting.

Modul bawah permukaan dalam bentuk fisik dapat diperoleh dengan metode

geofisika. Diperbolehkan mendefinisikan 11 potongan bawah permukaan

mohogen. Maka bagian dapat dipilih untuk secara detail karakteristik geoteknik

(di lokasi atau dengan sampel di laboratorium).

Luasan pengukuran geofisika atau peluangnya memberikan informasi

bernilai tentang perubahan sifatnya. Pengamatan terhadap obyek yang sama

dalam waktu yang berbeda dapat merubah sinyal berbeda dari kkeuatans ifat

atau dalam kasus penelitian lingkungan hidup.

Korelasi geofisika dapat menentukan sifat-sifat (misal kecepatan

Resistiviti) dan sifat-sifat geokimia (misal modulus deformasi) dapat

dihubungkan dengan problem yang sama dan didasarkan pada prinsip yang sama

sebagai korelasi sebagai korelasi antara berbagai sifat geofisika:

Sifat-sifat dari perbedaan fisik, sebagai contoh, tidak ada hubungan antara

kecepatan gel elastik dan kekuatan material batuan.

Kedua kelompok sifat bergantung kpd beberapa “joint influencing

parameters” parositas atau pecahan. Atas dasar ini maka, korelasi antara

jenis batuan diperoleh dengan baik.


24

Dalam bagian ini 3 problem yang akan dibahas:

Karakteristi pecahan (features) batuan

Hubungan antara statistik dan penentuan dinamik sifat elastis.

B. Sifat Frakture yang Diperoleh dari Pengukruan Seismik

Hubungan frakture/ retakan dan pecahan (cracks) dalam penurunan gel

seismik (Bab 6), teori dasar fenomena ini dibahas Bab 6.4 (untuk penerapan

kekuatan pengaruh retakan pada kecepatan Gel elastik digunakan untuk

mengukuran retakan. Koefisien retakan % dapat ditentukan oleh hubungan

waktu rata-rata

akturefsolid

11 (10.50)

frecturesolid

solid

(10.51)

kecepatan ada batuan, solid: kecepatan pada material matriks padat dan

tidak retak. fracture: kecepatan dari retakan yang terisi fleida.

Pengukuran defect (kerusakan) sebagai pendidikan pada bab 8 64.34 dengan D

sehingga parameter defect/ kerusakan.

Parameter ini merupakan parameter utama retakan yang berpengaruh pada

parameter geofisika (kecepatan, waktu perambahan). Korelasi dengan parameter

sulit dgunakan dalam praktek geoteknik, parameter demikian adalah frekuensi

kejadian atau jumlah atau retakan per panjang (atau parameter) dan indeks yang

menunjukkan kualtias batuan (rock quality designation Indeks – RQD). Indeks

RQD menggambarkan persentase inti batuan dalam setiap drill run (pemboran)

lebih dari 4 inchi (10.16 cm) terhadap keberadaan diskontimiti, dikoninue

beberapa retakan mekanik atau patahan yang diberikan pada tabel 10.5

(Carmichael, 1959). Kajian detail korelasi antara parameter indeks RQD, jumlah

retakan per meter, dan kecepatan Gelombanglongitudinal di daerah magma dan

metamorfik scandinavia dipublistas oleh Sjogren et al (1979). Tabel 10.5b

adalah nilai rata-rata 3 parameter.


25

Gambar 10.10a dan 10.10b memperlihatkan pentingnya ketergantungan ke

p pada kedua sifat geoteknik. Pada gambar 10.9c, parameter drack per meter

dibandingkan dengan defect parameter D, pada Bab 6.4.3.4 terukur kecepatan

(tabel 10.4) dimana dikonversi ke nilai D, dimana kecepatan Material padat yang

tidak letak diasumsikan m = 6000 m/s. Korelasi antara D dan log C (jumlah

crack per meter)

D = 0.70 – log C – 0,123

(10.52)

Jamscikov. et.al (1985) dan Savic et.al (1969) menerapkan pengukuran

kecepatan Untuk karakteristik retakan batuan. Hubungan antara kecepatan

Gelombang Elastik dan C juga ditemukan Idziak (1981) untuk batuan sedimen

(gamping, dolomit) d Uppersilesian, Coal Basin, Polandia Nilai C antara 3 -11

crack per meter. Data eksperimen dicocokkan dengan persamaan regresi:

rock = m (1 + a.Cm

)-1

(10.54)

Untuk kecepatan gelombang kompresional atau longitudinal adalah:

p = 770 (1 + 0.252 C.3/2

)-1

(10.54)


26

Untuk Kecepatanepatan Gelombang shear (geser) atau transversal adalah:

s = 4260 (1 + 0.245 C.3/2

)-1

(10.55)

King. et. al (1986) juga melaporkan pengukuran seismik untuk karakteristik

batuan yang dipatahkan (columnar – jointed) dibahas efek ansiotropi pada

kecepatan.

C. Modulus Statik dan Dinamis

Pada Bab 6 (sifat elastis), pendahuluan modulus elastis, yang dihubungkan

dengan kecepatanepatan Gelombangombang Elastik dengan pers. Yang


27

diturunkan dari teori elastisitas klasik. Untuk medium homogen isotrop

(bandingkan dengan pers. 6.5. – 6.10).

21

)1)(21(

1.

d

Ep (10.56)

21

21

)1(2

1.

d

E

dp (10.57)

Dari persamaan di atas, parameter elastis (modulus young), M (modulus geser/

shear) dan (poisson rasio) menunjukkan hubungan untuk diketahui atau

pembgian densitas batuan (d) yang ditentukan (contoh, oleh instrumen gamma-

gamma densitas)

= )1(2

2

(10.58)

Dimana : (p/s)2

= s2.d (10.59)

E =

1

)1)(2-(1.d.ν 2

P (10.60)

Parameter elastik yang lain dapat juga diperoleh dari tabel 6.2.. Dapat

ditentukan dengan seismik atau pengukuran ultrasonik pada frekuensi 10 Hz

hingga MHz. penentuan ini dengan suatu pengukuran dinamik (dynamic

measurement). Pengukuran dinamik berbeda dari metode tes geoteknik.

Pengukuran ini didasarkan pada keadaan statik atau quasistatik loading (muatan

qualisistatik) dan pengukuran deformasi sebagai fungsi tekanan (hukum Hooke).

Hubungan non linear antara stress dan strain menurut Hk Hook dalam bentuk

diferensial untuk modulus young adalah:

E(p) =d

dp (10.61)

Dimana modulus itu sendiri adalah fungsi tekanan. Dalam keteknikan,

sifat defromasi digambarkan oleh suatu angka moduli (Mc Cann and Entwisle,

1992).

a. Tangan modulus, diukur dari tingkatan stres yaitu beberapa fixed persen

dari batas kekuatan (50% dari kuat uniaxial).


28

b. Modulus rata-rata, ditentukan dari rata-rata slope kurva stress strain.

c. Secara modulus, diperoleh dari gradien garis hubung origin ke beberapa

persen fixed dari batas unixaial kuat kompresi pada kurva stres strain

950%0.

Batuan alam memperlihatkan fenomena deformasi histerisis ada dan tidak

ada perbedaan pada deformasi non elasitk. Modulus ditentukan frekuensi teknik

statik yang disebut moduslus statik (penentuan secara statis dari moduli penting

untuk beberapa perhitungan dalam geoteknik, mekanika tanah dan problem

dasar. Hal ini dilakukan secara khusus pada berbagai disiplin ilmu. Pengukuran

statis termasuk deformasi non elastik (misal: kekentalan), maupun deformasi

elastik. Pada umumnya, statis penentuan modulus lebih rendah dari dinamis

batuan riil. Hanya untuk material elastis kedua moduli adalah sama.


29

Hubungan antara modulus statis dan dinamis dipelajari oleh Onodera

(1963) Simmons and Brace (1965), Langer (1965), Linovski and Stotzner, 1976

Cheng and Johnston (1981), Mc. Cann (1968, 1986), Jizba and Nur (1990) et.al.

Mereka memperoleh hubungan sebagai berikut:

1. Modulus statis lebih kecil dari modulus dinamik

2. Bertambahnya perbedaan dengan pematahan dan porositas sangat tinggi

terjadi pada batuan yang tidak kuat.

3. Perbedaan berkurang dengan bertambahnya pembatasan stres.

Kecenderungan ini pada gambar 10.11 untuk nilai rendah dari modulus

(ditunjukan oleh batuan yang tidak kuat atau patahan), diperlihatkan perbedana

yang besar. Untuk modulus bernilai tinggi indikator untuk batuan kompak yang

tidak terganggu) perbedaannya kecil. Hal di atas memberikan beberapa

persamana contoh pada kedua modulus pada batuan beku, batuan sedimen yang

tidak kuat dan batuan lemah lainnya. Gambar 10.12 memperlihatkan prediksi

trend dari gambar 10.11 dengan data eksperimen.

Korelasi kuat antara rasio moduli dinamik dan statis (pada kasus ini adalah

modulus bulk) dan tekanan pada salah satu bagian dan porositas crak pada

bagian lain dipelajari oleh Cheng dan Johnston (1981) untuk berbagai jenis

batuan (batu pasir, navajo, dan Berea, Granit Barat, Ammonia Tanks Tuff).

Rasio bertambah dengan bertambahnya porositas crack. Kerusakan cenderung

mempengaruhi deformasi seluruh contoh baguan selama pengukuran statis lebih

dari karakteristik perambatan gelombang ultrasonik selama pengukuran dinamis.

Penutup crak dengan bertambahnya tekanan akan menurunkan rasio.

Gambar 10.13 menyimpulkan pengukuran pada granit mikroline:

Kedua moduli berkurang dengan bertambahnya prositas crack, tetapi modulus

statis lebih kuat menurun daripada modulus dinamis.

Karena itu rasio Edyn/Estat bertambah dengan bertambahnya porositas crak

Kekompakan relatif (patahan lemah) mempunyai moduli yang tinggi dan

rasio Edyn/Estat rendah tetapi batuan yang mempunyai moduli rendah dan rasio

Edyn/Estat tinggi (d) Estat vs Edyn diplot pada gambar 10.13c.


30

Kurva menunjukkan korelasi linear sebagai pendekatna pertama dengan data

yang cukup sesuai dimana E dalam GPa, Koefisien regresi 0,98. gambar 1013 d

adalah hubungan liniear empiris yang diturunkan oleh King (1983) dari

pengukuran 152 sampel batuan beku dan metamorf di Kanada.

Estat = 1.263 Edin – 29,5 (10.63)

Koefisien regersi 0.094. Dari persamaan 10.62 diperoleh rasio:

stat

stat

dynE

E

E.52.888.0 (10.64)

McCann dan Entwisle (1992) juga menggunakan regresi liniear. Modulus

dinamik ditentukan menggunakan log akustik bentuk gelombang penuh,

modulus statik ditentukan dari sampel di laboratorium. Data dan sampel

diperoleh dari beberapa lubang bor di Inggris, batu granit jaman jurasik.

Untuk seluruh sampel diperoleh


31

Estat = 0.69 Edin + 6.40 (10.65)

Koefisien korelasi 0,75 kurva logaritma dengan data yang sama diperoleh

Log Estat = 1,749 log Edin – 1.075 (10.66)

Koefisien Korelasi = 0,75

Eissa dan Kazi (1988) menganalisis lebar kurva berbagai jenis batuan dan

memperoleh:

Estat = 0.64 Edyn – 0,32 (10.67)

Koefisien korelasi 0,84 ada kesamaan pada antara peramaan 10.62, 10.63, 10.65, dan

10.67.

Perbedaan antara moduli statik dan dinamik cukup ekstrim pada batuan yang

tidak kuat. Deformasi pada rangka batuan menunjukkan modulus stiatik rendah.

Moduli merupakan sifat dasar dalam perhitungan mekanika tanah.

Tabel 10.6 menunjukkan range rata-rata dua modulus young. Pada gambar

10.14, nilai tersebut diperoleh pada plot Edin/Estat versus Estat sesuai skema pada gambar

10.11 dan plot batuan yang kuat pada gambar 10.12.


32

Penjelasan gambar 10.14:

Merupakan luas penyebaran dan nilai jangkauan untuk berbagai jenis

batuan, dihasilkan oleh variasi komposis batuan, distribusi ukuran butir,

bentuk butir, berisi air dan tekanan.

Nilai rata-rata rasio Edin/Estat untuk batuan tidak kuat/lemah adalah 5 untuk

tidak kohesi dan 20 untuk batuan kohesi, McCann di Entwisle (1992), 100-

200 untuk lumpar halus dan material aluvial.

Karena keadaan ini, korelasi kuat antara kedua moduli tidak dapat diharpakan.

Namun demikian, satu dasar fisik untuk korelasi adalah kenyataan bahwa kedua

moduli bergantung pada porositas dan memperlihatkan kesamaan yang menaik

terhadap ketergantungan pada tekanan.

Pada bab 63.44. tekanan tergantung pada kecepatan sehingga diperoleh:

m

op

p

.0

(10.68)


33

Maka diperoleh:

Edyn = Edin,0

m

op

p2

.

(10.69)

Janbu (1983) juga memperoleh persamaan untuk modulus statis

Estat = Estat,0

n

op

p

. (10.69)

Eksponen n bergantung kpd jenis batuan (lihat gambar 10.15) dan sama dengan

eksponen untuk modulus dinamik (persamaan 6.81), cenderung bertambah dari

pasir ke lempung. Gambar 10.15 juga memperlihatkan pengaruh porisitas,

terutama pada Estat,0 Gorjinov dan Ljachowickij (1979) menentukan modulus

Young statik dan dinamik dari pengukuran Scismik dangkal dan uji mekanika

tanah pada kedalaman hingga 10 m dan menerapkan linier regresi pada data

yang sama dengan persamaan 10.62 sehingga diperoleh :

Estat – Edyn + b

(10.71)


34

Beberapa nilai rata-rata koefisien a dan b pada tabel 10.7

D. Korelasi Antara Sifat-Sifat Geofisika dan Kekuatan Sifat-Sifat Batuan

1. Sifat Kekuatan Batuan

Sifat-sifat kekuatan batuan penting dalam menghitung kestabilan

konstruksi tanah dan batuan, kemiringan alami, penggalian dan pemboran.

Kegagalan penelitian diukur dari kegagalan proses dan penentuan karakter

parameter sebagai subyek penelitian dan penerapan pada mekanika tanah dan

batuan.


35

Penyederhanaan dan frekuensi sebagai ukuran yang digunakan dijelaskan

oleh Coloumb, 1773. Menurut Coloumb, Shear Stress menyebabkan perubahan

pada bidang (Gambar 1016) berlawanan dengan kohesi c dari mateiral dan oleh

parameter dari stress normal pada bidang. Kriteria ini memberikan persamaan:

= . n + c (10.72)

Dimana:

: shear strses, n= stress normal pada bidang, c: kohesi dan : koefisien geseran

internal, dengan sudut geser .

= tan (10.73)

Komponen stress utama (principal stress), 3 sumbu stress utama 1 = 2 stress

utama radial) adalah:

1 = 3.tan2 (45-/2) – 2c tan (45-/2) (10.74)

Pada kurva versus n, bentuk ukuran adalah lingkaran (Mohs Circles) dengan amplop

adalah grafik failure criterion (failure di atas garis).

Sifat kekuatan batuan bergantung pada:

1. Jenis banding dan kualitas partikel padat (batas padat dalam kasus batuan

beku, sementasi pada sedimen kuat, kohesi pada lempung, pecahan pada

sedimen lemah tanpa kohesi yaitu pasir dan gravel).


36

2. Struktur internal batuan dari kerangka batuan, untuk beberapa problem

praktis, uniaxial compressive strength digunakn : parameter kekuatan ini

didefinisikan sebagai kuat sumbu (3), dari sampel silinder dengan 1 = 2 =

0, maka pesamaan 10.74 menjadi

3 = c =)

245tan(

2

c

(10.75)

Tabel 10.8 adalah nilai rata-rata dan c beberapa material.

Tabel 10.9 adalah nilai c beberapa batuan.


37

Klasifikasi teknik batuan sempurna (tidak rusak) didasarkan pada kuat c

(tabel 10.10)

Sifat kekuatan batuan beku, metamorf dan sedimen kuat di pengaruhi oleh

patahan dan porositas oleh patahan dan porositas. Rshewski dan Novik (1978)

merekomendasikan persamana liniear dalam bentuk:

c = a . (1 - b.)2 (10.76)

Untuk batu gamping diperoleh a 277 MPa dan b antara 2 dan 5.

Batuan sedimen lemah memilik nilai kekuatan paling kecil untuk sedimen tidak

kohesif (pasir dan gravel) kekuatannya dikonrol oleh friksi pada kontrak antar

butiran. Koefisien friksi internal antara 0,5 – 1 (Kezdi, 1964) dan kohesi hanya

untuk kasus saturasi parsial yang berhubungan dengan gaya kapilaritas.

Koefisien bergantung pada bentuk butiran dan porositas (Feda, 1982). Gambar

10.17 menggambarkan pengaruh porositas pada koefisien friksi internal batu

pasir.


38

Hubungan uji eksperimen ini, Lundrgen (1960) menurunkan persamana empiris

untuk sudut friksi internal grave dan batu pasir termasuk pengaruhnya.

= 36 + 1 + 2 +3 + 4 (10.77)

Dimana:

1 : +10 untuk butiran bersudut hingga -6

0C untuk bulat

2 : ± 0 untuk batu pasir, + 10 untuk gravel halus, +2

0 untuk medium dan

coarse gravel.

3 : -30C untuk penyebaran ukuran butiran yang sama dan +3

0 penyebaran

ukuran butiran yang tidak sama.

4 : -60

untuk packing bebas/longgar ±00 medium dan +6

0 untuk packing

tebal.

Untuk batuan lemah kohesif (lempung), kekuatannya dikontrol terutama oleh

kosiasi. Nilainya antara sekitar 10-3

Mpa untuk lempung laut halus dan 1 Mpa

untuk lempung kuat, misalkan lempung London (Hamilton, 1970). Besarnya

tergantung pada derajat konsolidasi, pengisian air, dan konsistensi.

2. Korelasi

Sifat-sifat porositas, jenis bandi8ng, pengisian air dan lainnya berpengaruh

pada kecepatan kecepatan gelombang elastik dan sifat kekuatan. Korelasi antara

kecepatan gelombang dan sifat kekuatan didasarkan pada kenyataan ini. Sebagai

kasus dalam moduli statik dan dinamik, kekomplekan pengaruh dan

ketergantungan merupakan perbedaan dasar antara dua sifat fisis yang


39

menyebabkan penyebaran data secara luas dan ketidakpasian yang tinggi dalam

memperoleh hubungannya.

Gambar 10.18 memeprlihatkan satu contoh korelasi antara kekuatan

kompresif uni-axial dan kecepatan gelombang longitudinal. Untuk sampel batu

pasir, persamaan linier regresi (Freyburg, 1972):

c = 0.035,p – 3.15

(10.78)

Dimana p dalam m/s dan c dalam MPa.

Beberapa contoh lain antara kecepatan gelombang seismik (km/s) dan kuat

kompresiuniaxial (Mpa) adalah:

Gorjainov dan Ljachovikij (1979) memperoleh hubungan polimonial pada

batuan Sandy dan Shall:

c = - 0.98 p + 0.68 p2 + 0.98

(10.79)

Untuk batu gamping, Militzer dan Stoll (1973)

c = 2.45 p1.82

(10.80)

Golubev dan Robinovich (1976) dan logaritma


40

Log c = 0.358 p + 0.283, batu gamping

(10.81)

Log c = 0.444 p + 0.283, sekis

(10.82)

Mcnally (1987) mengkaji hubungan antara kekuatan kompresi uniaial dan waktu

perlambatan yang diukur dengan instrumen sonic log. Untuk batu pasir dengan

butiran terbaik hingga medium dari formasi Creeck Jerman (queensland,

Australia) diperoleh hubungan pada 192 sampel dengan koefisien korelasi 0,91.

untuk c dalam MPa dan dalam Ms/ ft, konversi kecepatan dalam m/s,

diperoleh

c = 1277.exp

p

11200

(10.84)

Data eksperimen diperlihat pada gambar 10.19

Fjaer (1995) menyelidiki korelasi antara kecepatan gelombang shear atau

modulus shear dinamik dan kuat shear pada batu pasir alam dan sintetik (gambar

10.20).


41

Korelasi antara kecepatan seismik dan sifat kekuatan (termasuk karena

patahan) adalah dasar dalam siismic rippability chart dipublikasikan oleh Bison

Instrumen Inc. Peta ini mengklasifikasikan atas tiga kelompok material

(rippabel, marginal, dan non rippabel) dengan jangkau kecepatan, kelompoak

batuan utama lihat pada tabel 10.12.

Penelitian terhadap korelasi antara kecepatan gelombang elastik dan

parameter batuan pada pemboran juga dilakukan. Sometron et.al (1969)

menunjukkan bahwa kecepatan sonic merupakan indiaktor yang baik dari batuan

yang dibor untuk mengetahui jenis batuan (pada penelitian ini, gamping dan batu

pasir. Howarth et.al (1989) mengukur variasi sifat fisis (densitas, porositas,

kecepatan, kekuatan dan klasifikasi batuan) pada batu, pasir dan marmer dan

ditambahkan ukuran penetrasi tiga jenis mesin bor (TBM, Model Tunnel boring

machine, PD percussion drilling, DD diamond drilling machine).


42

Diperoleh kesimpulan yang penting bersama antara sifat-sifat dan

penetrasi, khususnya pada kecepatan Gelombang Elastik dan korelasi nilai

penetrasi. Tabel 10.13 beberapa data yang dipilih, gambar 10.21 memperlihatkan

hubungan antara kel.gelombang kompresi (jenuh) dan nilai penetrasi untuk

pemboran dengan intan dan perkusi (alat pukul)

Untuk batuan lemah, nilai N adalah frekuensi yang ditentukan dengan

Uji Penetrasi standar yang memperoleh nilai indeks formasi keras dan

perbandingan kapasitas (Kezdi 1969, Lambe dan Whitman, 1969). Nilai N

adalah jumlah pukulan palu (berat palu 63.5 kg, panjang tangkai 75 cm)

diperlukan penetrasi 30 cm ke dalam farmasi batuan. Imai etal. 1975 mengukur

kompresi siesmik dan kecepatan Gelombang Shear tanah (aluvial, diluvial,


43

tersier) dan membandingkan dengan uji N. dari 756 pengukuran, korelasi

penting hanya pada kecepatan gelombang shear yaitu:

s = 89.8 N 0,341

(m/s)

(10.85)

Davis (1989) untuk lempung Oxford diperoleh:

s = 78,52 N0.321

(10.87)

Korelasi penting untuk batuan lemah antara sifat mekanik N dan sifat siesmik

hanya pada gelombang shear. Hal ini disebabkan oleh keluarga ketergantung

kedua parameter pada rock skeleton properties (sifat rangka batuan), kecepatan

gel kompresi dominan dikontrol oleh sifat fluida pori-pori.

3. Model yang Disarankan

Berdasarkan uji model sederhana pada patahan batuan diperoleh bentuk

umur hubungan antara kecepatna dan kekuatan kompresi uniaxial. Secara

obyektif tidak diperoleh solusi numeris yang eksak, tetapi ada hubungan

perasmana dasar. Asumsi bahwa kekuatan material dikontrol oleh bagian

material yang rusak diperoleh hubungan sederhana:

c = c,m (1 - D)

(10.88)


44

Dimana c,m kuat material matrik sempurna (tidak rusak).

Membandingkan dengan persamaan 6.136. hubungan antara kekuatan dan

kuadrat kecepatan

c = p2

2m

cm

= A p

2

(10.89)

A = c,m/ m2 adalah pengontrol sifat material matriks


45

Gambar 10.24 memperlihatkan hubungan persamaan di atas dengan

perbandingan c v2 dari data eksperimen. Hal ini dapat dipercaya antara

perhitungan bebas dengan data eksperimen dan juga hubungan empiris 10.81

dan 10.83.


46

10.3.4.4. Catatan tentang perubahan parameter fisik dihubungkan dengan

proses kerusakan. Kerusakan berhubungan dengan perubahan dalam batuan.

Sebelum dan setelah rusak, merupakan subyek kajian proses kerusakan dan juga

merupakan problem dalam memprediksi terjadinya gempa bumi. Walaupun

banyak permasalahan dan terbuka pertanayana dalam banyak pengamatan

eksperimen, memperlihatkan perubahan sebelum adanya kerusakan (pre failure

changes).

p/s (Semenov 1969, Nur 1972, 1975) Aggarwal et al (1973) Whithcomb et

al., 1973 Stiller et al., 1979, Feng dan Yu 1990)

Resistifitas jenis (Brace dan Orange, 1968 Barsukov 1970, Mazella dan

Marison 1974, King dan Luo, 1990)

Emisi radon (King dan Luo, 1990

Analisis pada Bab 6.4.8.2. memperlihatkan suatu model struktur internal yang

merupakan suatu cara interpretasi perubahan berhubungan dengan tekanan

uniaxial pada smapel patahan mikro (Gambnar 6.74) didasrkan pada plot vp/vs

versus vs.


47

Volarich dan Budniko (1979) meneliti perubahan kecepatan gelombang

komrpesi dan Shear selama ekperimen tekanan uniaxial pada blok plagiogranit

dan gneis. Kecepatan teramati diplot pada gambar 10.26 dalam vp/ vs versus

vsgrid.

Pada fase sebelum kerusakan, data loop perubahan dominan dari struktur

dan banding, struktur dapat berubah pada arah utama sistem pertahan aktif

(direction of active fracture systems) di bawah kondisi stres. Perubahan banding

dengan bertambahnya nilai parameter f dapat diinterpretasi sebagai hilangnya

hubungan mekanik (loss of mechanical connection) antara butiran dan mineral

sepanjang patahan dan kerusakan lainnya. Fenomena ini kemungkinan

berhubungan dengan dilatasi (pergeseran). Contoh ini menunjukkan bahwa

konsep suatu model termasuk struktur dan banding dapat memenuhi dalam

analisis fenomena kerusakan.

Observasi seismologi kecepatan gelombang tranfersal dan longitudinal

(gambar 10.27a) pada period 11 tahun, diplot pada gambar 10.27 b dan 10.27 c.

Dari gambar diperlihatkan sifat loop untuk gempa bumi. Loop kecil adalah

magnitude rendah pada tahun 1964 dan loop besar adalah gempabumi San

Fernando pada tahun 1971. Perubahan tahanan listrik dapat juga diinteprestasi

karena adanya perubahan orientasi patahan aktif utama terhadap jenis model

(Shon, 1983).


48


49

KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan sebelumnya maka dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu.

1. Sebelum dilakukan pemboran sumur eksplorasi diperlukan data yang lengkap.

Data tersebut meliputi data geologi, geokimia, dan geofisika.

2. Tahap-tahap pemboran sumur eksplorasi terdiri dari kegiatan: (1) rotary drilling,

(2) drilling fluid, (3) casing dan liner, (4) comentation, (5) mengalirkan fluida

dari formasi, dan (6) blowout preventer (BOP)

3. Jenis pengujian yang dilakukan dalam pemboran sumur eksplorasi meliputi:

pengujian inti, pengujian cutting, dan pengujian log driller.

4. Sebelum dilakukan pengembangan energi panas bumi perlu dilakukan studi

kelayakan untuk menilai apakah daerah panas bumi tersebut secara teknis,

ekonomis, dan sosial layak untuk diproduksi.

5. Teknologi pemanfaatan energi panas bumi menjadi energi listrik yang sering

digunakan ada 3 yaitu:: dry steam process (proses uap kering), flashing process

(proses pemisahan uap), binary process (proses biner).

6. Biaya pengembangan lapangan uap (steam field) terdiri atas: (1) biaya survey

eksplorasi, (2) biaya pemboran sumur (sumur eskplorasi, pengembangan,

injeksi, make up) (3) biaya lahan, jalan, persiapan lahan dan lain‐lain, (4) biaya

fasilitas produksi, (5) biaya sarana pendukung, dan (6) biaya operasi dan

perawatan.


50

DAFTAR PUSTAKA

Arif Munandar, dkk. 2007. Jurnal Pengeboran Sumur Eksplorasi Sr-1 Lapangan

Panas Bumi Mutubusa - Sokoria, Kabupaten Ende, Provinsi Nusa Tenggara Timur. Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral.

Budiardjo, B., Nugroho dan Budihardi, M. 1997. Resource Characteristics of the

Ungaran Field, Central Java, Indonesia, Proceeding of National Berkala MIPA,

16(1), Januari 2006 48 Seminar of Human Resources Indonesian Geologist,

Yogyakarta.

Dedi Kusnadi dkk. 1991. Penelitian Geokimia Dengan Metode Hg dan CO2 Daerah

Mutubusa dan Sekitarnya, Kabupaten Ende, NTT. Direktorat Vulkanologi.

Dickson, H. M., Fanelli. M., 2004, What is Geothermal Energy?, Istituto di

Geoscienze e Georisorse, CNR , Pisa, Italy

Drilling and well construction; gene culver geo-heat center klamath falls, or 97601

Djoko Santoso. 2006. Pembangkitan Tenaga Listrik, Diktat Kuliah. Surabaya:

Teknik Elektro ITS.

Geothermal energy systems (chapter 3. Drilling into geothermal reservoirs

exploration, development, and utilization); axel sperber, inga moeck, and wulf

brandt; wiley-vch.

Hammer, L. 2004, Geothermal Energy, Artikel internet, http://www.phas.ucalgary.

ca/~annlisen/teaching/APPH573/GeothermalEn-ergy.ppt.

Hydrocarbon exploration and production; frank jahn, mark cook& mark graham;

elsevier science bv; 1998.

Pre-feasibility study of the sinivit geothermal power generation project (sgpgp),

papua new guinea; secretariat of the pacific regional environment programme;

www.sprep.org/vacancies/prefeasibilitystudyofthesgpgppng.htm

Supriyanto Suparno, 2009). Energi panasbumi, a present from the heart of the

earth. Jakarta: Dapartemen Fisika Universitas Indonesia.

Wahyudi Citrosiswoyo. 2008. Geothermal: dapat mengurangi ketergantungan bahan

bakar fosil dalam menyediakan listrik Negara. Surabaya: Laboratorium

Lingkungan dan Energi Laut, Jurusan Teknik Kelautan

Zulkifli Boegis, dkk. 2004. Laporan Survei Sumur Landaian Suhu Sumur SR-1

Lapangan Panas bumi Mutubusa-Sokoria, Kabupaten Ende-Nusa Tenggara

Timur. Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral.

http:// www.bappedajabar/jabar dalam angka 2007.html

http://www.phas.ucalgary/

http://www.sprep.org/vacancies/PreFeasibilityStudyoftheSGPGPPNG.htm

http://www.bappedajabar/jabar%20dalam%20angka%202007.html


51

http://www.pln-pabar.com/sektorpemb/jabar.html

http://www.esdm.go.id/renew.html

http://202.106.220.3/statistik/tahunan.asp.

http://www.pln-pabar.com/sektorpemb/jabar.html

http://www.esdm.go.id/renew.html

http://202.106.220.3/statistik/tahunan.asp


52

94900848 Berbagai Variasi Sifat Fisik Batuan

Documents

Transcript of 94900848 Berbagai Variasi Sifat Fisik Batuan