Geo – Souvenirs

Install Paradigm di RHEL 7.2

Salah satu adik kelas saya pernah menanyakan bagaimana cara install aplikasi Paradigm di workstation yang ada di laboratorium geofisika. Tentu saya bingung kalau harus menjelaskan dalam kalimat atau capture gambar per gambar proses instalasi yang saya rasa akan sangat panjang kalau saya dengan sangat selo melakukannya. Akhirnya saya buatkan videonya, meski tanpa suara tapi saya rasa video instruktif ini dapat dengan mudah diikuti.

Metode Elektromagnetik (basic principle)

Medan elektromagnetik memiliki dua komponen utama, yaitu medan listrik dan medan magnetik. Dua komponen medan ini dapat dinyatakan dalam field intensity vector E ( $V/m$ ) dan H ( $A/m$ ) atau flux density vector D ( $C/m^2$ ) dan B ( $Wb/m^2 = tesla$ ). Secara umum semuanya dalam domain spasial (r: x, y, z), domain waktu (detik), atau frekuensi (hertz atau angular frekuensi $omega$ ). Dalam suatu medium dengan beberapa parameter fisis bervariasi dari titik ke titik biasanya field intensity dan flux bisa diketahui. Cara lainnya adalah dengan mengenakan proses magnetisasi dan polarisasi elektrik pada medium, maka hanya diperlukan satu vektor listrik dan satu vektor magnetik (field intensity atau flux density) untuk memperoleh deskripsi lengkap.

Lebih mendasar lagi, medan elektromagnetik merupakan manifestasi dari persebaran muatan listrik, seperti dalam Hukum Culomb:

$nabla cdotp varepsilon_0 = q$ ,

Perpindahan muatan menyebabkan adanya medan lainnya yang muncul selain dari medan elektrostatik, merupakan penurunan dari perpindahan muatan dengan arah berlawanan. Muatan dapat berpindah pada tingkat makroskopis secara alami sebagai elektron bebas (pengurangan elektron pada kulit tertentu), sebagai ion-ion bergerak, atau berputar di dalam medium konduktif yang hanya sedikit mempengaruhi kesetimbangan muatan di dalam medium. Aliran muatan yang didefinisikan sebagai flux density vector J ( $A/m^2$ ) membangkitkan medan magnetik di sekeliling J sesuai dengan Hukum Ampere,

$nabla cdotp J = -frac{delta q}{delta t}$ .

Rapat arus yang melalui medium biasanya bergantung pada kuat medan listrik seperti dinyatakan dalam Hukum Ohm,

$J = sigma E$ ,

dengan $sigma$ merupakan konduktifitas listrik ( $S/m$ ).

Ketidaksetimbangan mikroskopis pada persebaran muatan dan pepindahan arus pada tingkat atomik pada medium menimbulkan medan elektromagnetik secara makroskopis. polarisasi listrik (P) dan magnetik (M) adalah efek dari ketidaksetimbangan ini.

$nabla cdotp varepsilon_0 E = - nabla cdotp P$

$nabla cdotp H = - nabla cdotp M$ .

Muatan yang diungkapkan dalam hukum Coulumb merupakan muatan monopole, vektor polarisasi merupakan dipole.

Pada kebanyakan medium, polarisasi muncul dengan sendirinya oleh medan memenuhi persamaan linear:

$P = kappa_varepsilon varepsilon_0 E$

$M = kappa_mu H$ ,

dengan $kappa_varepsilon$ merupakan suseptibilitas dielektrik dan $kappa_mu$ suseptibilitas magnetik dari medium. Hubungan antara flux density vector dengan intensity vector dapat dirumuskan sebagai:

$D = varepsilon_0 E + P$

$B = mu_0 (H+M)$ .

Seringkali diperlukan pemisahan antara polarisasi dan arus yang menginduksi langsung pada medium disebabkan dari medan elektromagnetik (P) dan yang disebabkan dari persebaran akibat adanya sumber energi eksternal (P’).

$D = varepsilon_0 E + P - P' = varepsilon E + P$

dengan $varepsilon = varepsilon_0 (1 - kappa_varepsilon)$

$B = mu_0 (H + M -M') = mu H + mu_0 M'$

dengan $mu = mu_0 (1 - kappa_mu)$

$J = J_c + J' = sigma E + J'$

dengan $J_c$ merupakan ohmic conduction current. Dengan menggabungkan persamaan diatas maka dapat diperoleh persamaan:

$nabla cdotp varepsilon_0 E = q - nabla cdotp (P + P')$ ,

$nabla cdotp J = - frac{delta q}{delta t}$ ,

$nabla cdotp H = - nabla (M + M')$ .

Bila persamaan diatas dieliminasi untuk $delta q$ maka diperoleh persamaan

$nabla cdotp (sigma E + varepsilon frac{delta E}{delta t}) = - nabla cdot J'$

yang dapat diselesaikan untuk menunjukkan persebaran pada medium homogen, medan elektromagnetik akan meluruh secara eksponensial memenuhi $e^ {-sigma t/ varepsilon}$ . Konstanta waktu terhadap $frac{varepsilon}{sigma}$ berbeda untuk setiap medium, bisa mencapai $1 mu S$ untuk medium dengan konduktifitas $20 mu S/m$ (atau resistivitas kurang dari 50000 $Omega m$ ). Hal ini untuk EM frekuensi rendah akan menjadi masalah, injeksi arus dan polarisasi menjadi penting untuk membuat medan elektromagnetik yang cukup karena akan tertutupi oleh flux density dari arus sumbernya seperti dijelaskan melalui persamaan

$nabla cdotp sigma E = - nabla cdotp J'$ .

Persamaan $nabla cdotp H = - nabla (M + M')$ dapat disederhanakan sebagai total flux density vector,

$nabla cdotp D = q$

$nabla cdotp J = -frac{delta q}{delta t}$

$nabla cdotp B = 0$

pada medium yang konduktif akan menyebabkan

$nabla cdotp J = 0$

$nabla cdotp B = 0$ .

Kedua medan E dan H menggambarkan hukum Ampere dan hukum Faraday. Setiap medan membangkitkan medan lainnya. Medan listrik membangkitkan medan magnetik sebagai fungsi waktu, medan magnetik membangkitkan medan listrik atau rapat arus listrik

$nabla times E = -frac{delta B}{delta t}$ ,

$nabla times H = frac{delta D}{delta t} + J$ .

Dari persamaan diatas maka dapat dikatakan bahwa medan magnetik muncul akibat arus total $J_T$ yang merupakan hasil penjumlahan antara arus ohmik dan arus yang timbul akibat medan magnetik itu sendiri.

$nabla times H = J_T$ .

Konsep ini berguna pada frequency domain EM jika $J_T$ berkorelasi dengan medan listrik seperti pada hukum Ohm

$J_T = (sigma + i omega varepsilon)E$

dengan nilai yang ada di dalam tanda kurung disebut sebagai admitivity dari medium.

Dalam low frequency EM medan magnetik yang muncul akibat perubahan arus $delta D/ delta t$ biasanya diabaikkan. Menghilangkan $delta D/ delta t$ dapat mengeliminasi efek gelombang EM pada ruang bebas sehingga tidak ada delay yang dapat diperhitungkan. Kondisi ini disebut quasistatic, medan elektromagnetik dikatakan mengalami quasi-stationer. Dengan pendekatan quasi-static, medan magnetik primer pada ruang bebas yang hanya dibangkitkan oleh loop transmitter AC (I) akan in-phase dengan I dan medan listrik akan quadrature terhadap I yang dibangkitkan dari hasil time derivative medan magnetik (diturunkan terhadap waktu).

Reference:
Nabighian, M.N.. 1991. Electromagnetic Methods in Applied Geophysics. Volume 2A. Society Exploration Geophysics. USA.
Föll, Helmut. “7.1.1 Monopole, Dipole und Kreiströme” http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw_for_et/kap_7/backbone/r7_1_1.html (diakses tanggal 4 Maret 2012)

Monitoring Intrusi Air Laut

Intrusi air laut adalah naiknya batas antara air tanah dengan air laut ke arah daratan. Intrusi air laut diakibatkan tekanan air tanah yang lebih kecil dibandingkan tekanan air laut pada kedalaman yang sama. Perbedaan tekanan ini menyebabkan batas antara air tanah dan air laut naik ke daratan. Dalam kondisi normal (tidak ada gangguan tekanan), air laut sudah mengintrusi ke daratan karena massa jenis air laut yang lebih besar dibandingkan dengan air tanah. Namun bila tekanan air tanah turun dapat menyebabkan intrusi air laut ke daratan semakin jauh ke arah daratan.

Perbedaan mendasar antara air laut dengan air tanah adalah keberadaan NaCl yang terlarut dalam air laut membentuk ion-ion Na dan Cl. Keberadaan ion-ion bebas ini sangat mempengaruhi sifat kelistrikan dari air laut, Keberadaan ion-ion bebas menyebabkan pergerakan elektron dalam larutan semakin mudah yang secara langsung berkorelasi dengan konduktivitasnya yang meningkat atau resistivitasnya yang menurun.

Secara fisis dapat dibedakan nilai resistivitas air tanah berkisar antara 10 Ωm hingga 100 Ωm, sedangkan nilai resistivitas air laut lebih kecil yaitu berkisar antara 1 Ωm sampai 10 Ωm.

Metode geofisika yang dapat digunakan untuk memonitoring batas-batas intrusi air laut adalah metode-metode yang bekerja berdasarkan sifat kelistrikan, salah satu metode yang dapat digunakan adalah VES (sounding resistivity). Geolistrik sounding merupakan pemetaan 1D secara vertikal yang menghasilkan profil nilai resistivitas pada kedalaman tertentu. Peta profil ini dapat digunakan untuk menganalisa keberadaan air tanah dan air laut mengingat perbedaan nilai resistivitas air tanah dan air laut cukup besar.

Analisa Log Kualitatif

Analisa data log secara kualitatif merupakan bagian dari pekerjaan log interpreter selama drilling maupun setelah drilling. Selama drilling, analisa log kualitatif berfungsi untuk memonitor kondisi bore hole. Hasil dari log kualitatif digunakan sebagai dasar menentukan kedalaman yang prospek sebelum dilakukan kalkulasi secara kuantitatif. Continue reading “Analisa Log Kualitatif”

Setiap Batu Punya Cerita: Karang Sambung 6

Karangsambung merupakan daerah konservasi geologi, banyak jenis batuan dapat ditemukan di Karangsambung, tetapi tidak semua jenis batuan boleh diambil seenaknya karena sebagian sudah dilindungi (dikonservasi). Jadi jika melakukan penelitian di stasiun pengamatan tertentu, silakan tanya terlebih dahulu kepada BIKK Karangsambung.

Metamorphic Rocks (batuan metamorf) bisa jadi adalah jenis batuan yang sangat menarik untuk digali lebih jauh. Batuan metamorf kebanyakan memiliki warna, bentuk, tekstur, dan struktur yang eksotik. Marmer adalah salah satu contoh batuan metamorf. Marmer banyak digunakan pada lantai ruang-ruang “mahal”, juga meja-meja “mahal”. Batuan jenis ini bisa ditemukan di Karangsambung.

Selain marmer, di Karangsambung juga ada batuan-batuan jenis lain misal kuarsit, serpentinit, sekis mika, filit, juga gneis. Semua yang saya sebutkan tentu saja adalah batuan yang berbeda meski sama-sama berjenis metamorf.

Kuarsit (Quartzite) disusun oleh mineral kuarsa (SiO2) berwarna putih terang, terbentuk dari metamorfosa batupasir kuarsa.

Serpentinit (Serpentinite) memiliki warna kehijauan ornamental, merupakan metamorfosa dari batuan ultra basa (misal dunite) penyusun kerak samudera.

Sekis mika (mica schist) berwarna putih keperakan oleh hadirnya mineral mika, umumnya kepingan mika berukuran lebih dari 1mm saling berangkai sejajar (disebut schistosity).

Filit (Phyllite) merupakan batuan metamorf berbutir halus ubahan dari batulempung. Filit berwarna hitam keperakan dari mineral klorit, muskofit, dan serisit yang membentuk saling sejajar.

Marmer (Marble) adalah batuan metamorf yang masif tidak berfoliasi berwarna terang dan sangat keras, marmer merupakan ubahan dari batugamping.

Gneis (Gneiss) berbutir kasar dan memperlihatkan bentuk perlapisan. Kesan perlapisan ini akibat pemisahan mineral-mineral berwarna gelap dan mineral berwarna terang.

NB: Foto nyusul ya…