4 Metode Geofisika Dalam Geoteknik Paling Umum Digunakan

Artikel ini memberikan gambaran beberapa metode geofisika dalam geoteknik dan teknik sipil yang banyak digunakan seperti Metode EM, GPR, ERT dan seismik aktif.

Pengantar Metode Geofisika Dalam Geoteknik

Geofisika eksplorasi adalah area fisika yang menggunakan teknik non-destruktif untuk mengenali lapisan tanah dan batuan. Penerapan metode geofisika sangat luas, karena kita dapat mempelajari wilayah terdalam Bumi hingga mendeteksi struktur yang sangat dangkal.

Kemampuanya ini mengarah aplikasinya ke berbagai bidang seperti: geologi, pertambangan, lingkungan, geoteknik, teknik sipil, hidrologi dan arkeologi.

Geofisika eksplorasi dalam tiga fase, yaitu:

1. mendapatkan data di lapangan,
2. model perhitungan bawah tanah dan kemudian,

• interpretasi model ini (gambar) bekerja sama dengan spesialis tertentu ; ahli geologi, insinyur, arkeolog, …

Dalam artikel ini, kita akan fokus pada dua arah:

• dalam upaya untuk menyajikan metode geofisika yang paling banyak digunakan dan tingkat resolusi yang dapat kita butuhkan untuk gambar mereka; dan
• dalam mengevaluasi bagaimana kita dapat mengintegrasikan gambar-gambar ini dalam studi yang membutuhkan pengakuan tanah bawah tanah.

Hanya jika aspek-aspek ini jelas, pencarian geofisika menjadi alat yang berguna dan pendukung untuk mendapatkan informasi dari wilayah studi.

Sebagai contoh, ketika kita mengeksplorasi dengan metode seismik, misalnya refleksi, hasilnya adalah gambar lapisan refleksi di bawah tanah, tetapi setelah itu perlu untuk membangun hubungan antara informasi geofisika ini dan geologi wilayah.

Selama tahun-tahun terakhir, pengembangan instrumentasi dan komputasi telah memungkinkan untuk mengembangkan banyak peralatan dan metodologi canggih untuk mendapatkan model bawah permukaan yang baik, sehingga gambar geofisika harus memenuhi permintaan produksi baru: akuisisi cepat bidang data, berdasarkan pada desain sistem sensor modern dengan laju pengambilan sampel yang tinggi dan kemampuan tinggi untuk “menyapu” area yang luas; dan untuk mendapatkan model awal secara real time.

Terlepas dengan kemajuan teknologi dari alat dan metode yang pesat, namun alam masih tetap memberikan kendala dan batasa dalam pengambilan sampel dan pembatasan metodologis terhadap data yang ada.

Aspek Umum Metode Geofisika

Untuk memahami sejauh mana realisme pada citra geofisika, ada beberapa aspek umum yang harus dipertimbangkan:

Yang pertama adalah kontras, hal ini berarti bahwa objek studi (struktur tubuh, dll …), itu harus kontras dalam sifat fisiknya dengan bahan penutup; jika tidak, respons geofisika tidak dapat dibedakan.

Resolusi adalah kendala kedua untuk data yang dihasilkan. Terdapat kendala untuk menentukan objek studi dengan lebih detail yang memungkinkan perangkat eksperimental kami. Poin terakhir yang menandai gambar geofisika adalah bahwa pandanganbawah permukaan yang menyediakan setiap metode berbeda dari apa yang dilihat mata kita.

Untuk menyimpulkan dibagian pengantar ini, harus dikatakan bahwa tantangan geofisika saat ini masih seperti biasa:

Pertama, aplikasi yang benar dari setiap teknik; yaitu untuk membangun praktik yang baik dari perangkat eksperimental dan untuk mengetahui dengan baik sifat fisik bahan yang diukur dalam setiap kasus.

Kedua, hasil gambar berkualitas tinggi; di mana pemrosesan data yang benar sangat penting.

Metode Geofisika Dalam Geoteknik

Setelah pertimbangan diatas, kami menyajikan metode geofisika dalam geoteknik yang paling banyak digunakan dalam eksplorasi geofisika untuk resolusi tinggi dan sedang, yaitu dari kedalaman 50 cm hingga 300 meter.

Metode ElektroMagnetik (EM) – Metode Geofisika Dalam Geoteknik

Metode elektromagnetik (EM) adalah kelompok eksplorasi geofisika yang paling beragam, sehingga aplikasinya sangat luas. Sebagian besar sistem ini bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik dan keunggulannya adalah mereka tidak memerlukan kontak langsung dengan tanah. Sedemikian rupa sehingga data dapat diperoleh dari pesawat terbang, kapal atau untuk berjalan atau mengemudi dalam kasus eksplorasi target resolusi menengah dan tinggi.

Gambar yang kami peroleh dengan metode EM adalah model subsoil resistif (atau konduktif). Contoh representatif adalah peta iso-resistivitas yang dibuat dalam deposit Sidi Chennane (Maroko) untuk mendeteksi “benda steril” dalam seri fosfat.

Seri fosfat terdiri dari fosfat dan lapisan kapur marly interbedded biasa. Eksploitasi fosfat dalam endapan ini sering bertabrakan dengan masalah yang terikat pada keberadaan, dalam seri ini, dari benda steril yang memenuhi syarat sebagai gangguan.

Mereka menyebabkan dua jenis masalah:

• karena mereka keras, kompak dan ditutupi oleh penutup Kuarter, mereka mengganggu eksploitasi di beberapa meter dan memberikan perhitungan cadangan yang buruk;
• bahkan penggunaan sumur dan lubang bor mekanis tidak membuktikan batasnya.

Badan steril ini dicirikan oleh resistivitas yang lebih tinggi dari fosfat dan dalam peta terdeteksi sebagai lingkaran konsentris. Lokasi kerja adalah untuk mengeksplorasi 25 ha lahan dengan 2500 TDEM survei (time domain elektromagnetik) yang berjarak setiap 10 meter, yang mewakili 50 hari akuisisi data (0,5 ha / hari).

Studi Kasus

Metode elektromagnetik telah muncul baru-baru ini yang memungkinkan untuk memeriksa lapangan hingga 15 m dengan pengambilan sampel kecepatan tinggi, menghasilkan area eksplorasi dari 2-5 ha / hari, yaitu 10-15 hari.

Teknik lain yang mungkin menarik untuk diterapkan untuk memetakan struktur ini adalah prospeksi magnetik dangkal (pseudo-gradient). Metode ini mengukur perbedaan medan magnet lokal antara dua sensor vertikal (atau horizontal) yang dipisahkan oleh 1 meter. Jika kita memindai area penelitian dengan profil dengan profil padat, kita bisa mendapatkan peta anomali magnetik dengan resolusi yang sangat baik.

Anomali magnetik ini disebabkan oleh perubahan kerentanan magnetik dari bahan yang berbeda (benda steril membentuk fosfat). Meskipun merupakan metode eksplorasi yang sangat dangkal, kedalaman hingga 2 meter, kita dapat memperoleh peta anomali untuk mendeteksi morfologi permukaan tubuh steril, yang ditutupi oleh lapisan kuaterner yang lemah. Produksi lapangan data adalah 5-10 hektar per hari.

Ground Penetrating Radar (GPR)

Metode geofisika dalam geoteknik kedua adalah GPR. Ground penetrating radar (GPR) adalah metode yang didasarkan pada emisi menuju bawah tanah dari gelombang elektromagnetik (berdenyut) dan merekam refleksi yang terjadi di antarmuka karena perubahan dalam diskontinuitas dielektrik bahan. Jika kita menggunakan set antena yang berbeda, pasangan transceiver-receiver, metode ini memungkinkan mengeksplorasi level detail dari kedalaman 5 cm hingga 40-50 meter.

Gambar diatas menunjukkan profil GPR representatif yang dilakukan di Pusat Penambangan Khouribga (Maroko) dan itu menunjukkan bahwa benda-benda steril ini dapat dideteksi dan dibatasi menggunakan metode GPR. Profil ini dibuat di atas badan steril yang terlihat dalam parit eksploitasi untuk mendapatkan informasi yang secara geologis sah.

Eksplorasi GPR 3D adalah modalitas yang sangat menarik karena kita dapat menguraikan gambar tiga dimensi dari bawah permukaan. Teknik ini sangat digunakan untuk mencari struktur arkeologi, pipa, rongga, dll.

Electrical Resistivity Tomography (ERT) – Metode Geofisika Dalam Geoteknik

Electrical resistivity tomography (ERT) adalah teknik geofisika yang melibatkan penempatan serangkaian elektroda di sepanjang garis lurus (untuk akuisisi 2-D). Untuk mengukur tahanan tanah, dua elektroda menyuntikkan arus searah ke bawah permukaan dan kemudian potensial listrik diukur di antara mereka dengan dua elektroda lainnya.

Prosedur ini harus diulangi sepanjang profil dengan menggerakkan keempat elektroda. Kedalaman investigasi ditentukan dengan memisahkan elektroda menggunakan jarak yang berbeda di sepanjang profil. Aliran arus yang disuntikkan ke permukaan oleh elektroda dipengaruhi oleh sifat listrik material. Hubungan ini dipengaruhi oleh litologi, tekstur, keberadaan cairan atau ruang pori kosong. Hasilnya adalah gambar yang menunjukkan distribusi resistivitas bahan.

Pada Gambar dibawah menyajikan tanggapan GPR dan ERT yang diperoleh sepanjang profil yang sama di Pusat Pertambangan Khouribga (Maroko). Dalam gambar ini, hasil metode geofisika (survei GPR dan ERT) dan interpretasinya juga ditampilkan.

Karena daerah penelitian adalah tempat yang gersang, sehingga tingkat kejenuhan air tidak relevan, refleksi GPR terutama disebabkan oleh perbedaan litologi antara bahan yang kontak; tetapi mereka juga mungkin disebabkan oleh perubahan fasies dalam unit strata.

Metode ERT juga tidak sensitif terhadap lapisan permukaan atau fitur yang memiliki sifat listrik yang serupa, namun kombinasi metode GPR dan ERT telah mampu membedakan empat unit dengan entitas geofisika yang berbeda, dengan korelasi yang baik di antara mereka.

ERT juga merupakan metode yang baik untuk menggambarkan area polusi karena bahan yang terkontaminasi, biasanya mengubah resistivitas mereka dibandingkan dengan lingkungan yang tidak terpengaruh.

Studi Kasus

Pada Gambar dibawah mempresentasikan studi kasus di taman limbah pertambangan tambang pyrhotite Kettara yang ditinggalkan, di wilayah Marrakech. Situs ini mengandung lebih dari 3 juta ton limbah tambang yang disimpan di permukaan tanpa memperhatikan konsekuensi lingkungan. Tailing ditimbun di kolam, di tanggul, dan di tumpukan di atas lahan seluas sekitar 16 ha dan telah menghasilkan drainase tambang asam (AMD) selama lebih dari 29 tahun.

Electrical resistivity tomography (ERT) dan refraksi seismik, – yang dijelaskan di bagian selanjutnya, telah digunakan di lokasi tambang Kettara untuk menentukan sifat substrat geologis dari kolam tailing, struktur internal limbah tambang, Limbah halus dari tambang lama menghasilkan zona AMD yang ditandai dengan resistivitas rendah.

Dalam profil ERT bahan yang terkena dampak drainase asam sulfida dijelaskan oleh sektor biru (bahan konduktif). Bahan-bahan ini terdiri dari tailing halus dan serpihan yang diubah yang bermigrasi ke bawah melalui fraktur dan mikrofruktur. Substrat terdiri dari serpihan yang rusak dan diubah, yang memfasilitasi infiltrasi DAL dan serpih yang tidak berubah yang terkait dengan lapisan kuarsa.

Metode Seismik Aktif

Metode seismik adalah metode geofisika dalam geoteknik terakhir yang disajikan. Metode ini didasarkan pada studi tentang gelombang perambatan mekanis melalui bawah permukaan.

Dalam eksplorasi seismik aktif, digunakan sumber energi (palu, bahan peledak, dll.). Sumber ini yang menghasilkan getaran yang terletak di tanah, perambatan depan gelombang elastis ini merekam dari sensor (geofon) yang ditempatkan dalam bentuk geometris di permukaan.

Tujuannya adalah untuk mendapatkan gambar bawah tanah yang terkait dengan perambatan gelombang kecepatan melalui material yang berbeda. Distribusi kecepatan ini terkait dengan tingkat pemadatan (impedansi akustik) dari material, sehingga kita dapat membedakan kontak litologis.

Ada beberapa teknik seismik untuk menjelajahi bawah permukaan tergantung pada jenis gelombang yang dipertimbangkan. Salah satunya adalah tomografi seismik yang menggunakan kedatangan gelombang pertama kali dan menyediakan model 2D dan 3D dari distribusi kecepatan bawah permukaan.

Dengan kecepatan seismik ini, kita dapat mengetahui litologi, lapisan, dan menghitung pemadatannya.

Studi Kasus

Metode tomografi refraksi seismik digunakan dalam studi situs Kettara. Profil seismik telah diusulkan sebagai cara untuk membedakan morfologi basal serpih karena litologi lingkungan air tambang dari basement lebih kompak daripada tailing.

Untuk mengkorelasikan respons listrik dan seismik dari bahan yang ada di wilayah studi, kami memastikan satu profil seismik (SP1) bertepatan dengan profil listrik EP1.

Pada gambar dibawah terdapat tiga horizon juga ditafsirkan dalam model seismik. Cakrawala pertama, dengan kecepatan rata-rata berkisar antara 350 dan 2.000 meter per detik dan ketebalan antara 5 dan 12 meter, terdiri dari endapan kolam tailing.

Cakrawala seismik memiliki kecepatan antara 2.000 dan 3.800 meter per detik dan sesuai dengan serpihan yang diubah. Di bawah lapisan ini, ada lapisan ketiga dengan kecepatan rata-rata 4.000 meter per detik, sesuai dengan serpihan yang tidak diubah.

Transisi antara serpihan yang diubah dan yang tidak diubah didefinisikan dengan sangat baik dan substrat tailing (ditunjukkan oleh panah) jelas bertindak sebagai zona aliran yang disukai untuk migrasi DAL.

Penutup Metode Geofisika Dalam Geoteknik

Tujuan artikel ini adalah untuk menyajikan metode geofisika yang paling banyak digunakan dalam geoteknik. Penggunaan bersama teknik geofisika memungkinkan karakterisasi lengkap struktur bawah permukaan.

Geofisika dapat diterapkan dengan nilai besar untuk menghasilkan informasi tentang permukaan bawah tanah pada area yang luas dalam kerangka waktu yang wajar dan dengan cara yang efektif-biaya.

Selain itu, metode geofisika bersifat tidak merusak dan mudah diimplementasikan, dibandingkan dengan pengeboran. Jadi, karakterisasi bawah permukaan menggunakan metode geofisika sangat penting untuk desain strategi perencanaan yang sukses untuk setiap kegiatan yang melibatkan penggunaan lapisan tanah dan batuan.

Terima kasih telah membaca artikel “4 Metode Geofisika Dalam Geoteknik Paling Umum Digunakan” di website Geofisika Indonesia ini.

Semoga Bermanfaat!!!