METODE GEOMAGNETIK PEMANFAATAN SIFAT MAGNETIK SETIAP MATERIAL By ABDUL WAHID FISIKA FST UNDANA

PENDAHULUAN SEJARAH STUDI TENTANG KEMAGNETAN BUMI SALAH SATU CABANG YANG PALING TUA DALAM GEOFISIKA Sifat kemagnetan batuan dikenal oleh bangsa Cina tahun 2600 Bc , Namun pemakaian sifat magnetik sebagai kompas di Cina 200 BC. Inklinasi magnetik bumi oleh George Hartman (1544) tidak dipublikasikan, Robert Norman (1576) ditemukan secara terpisah di Eropa, namun deklinasi magnetik telah diketahui oleh orang Cina tahun 720

Sejarah William Gilbert (1600) melakukan penelitian arah medan magnet bumi di London secara kuantitatif, menyimpulkan bahwa bumi merupakan benda magnetik dalam bukunya De Magnete. Hendry Gilbrand (1635) berdasar data di atas membuktikan bahwa medan magnet bumi berubah sesuai dengan waktu. 1879 mulai dikenal applied geophysics dengan terbitan Thalen “the examination of Iron are deposit by magnetic measurements “.

PENDAHULUAN Metode magnetik memiliki sifat besaran yang kompleks dibandingkan dengan metode gravitasi, meskipun keduanya mempunyai kemiripan (teori potensial). Metode megnetik mempunyai besar dan variasi arah (vektor) sedangkan gravitasi memiliki besar dan satu arah (ke pusat bumi). Anomali gravitasi menunjukkan sifat regional effect sedangkan anomali magnetik sangat dipengaruhi oleh adanya mineralisasi yang mengandung bahan ferromagnetik yang bersifat lokal.

PENDAHULUAN Interpretasi data magnetik lebih sukar dibandingkan dengan gravitasi. Peralatan dan pelaksanaan pengukuran Metode Magnetik lebih sederhana dan mudah dibandingkan dengan metode Gravitasi. Data kemagnetan dapat digunakan untuk melihat struktur mineralisasi yang terjadi, maka metode ini banyak digunakan untuk eksplorasi mineral logam dan migas.

PENDAHULUAN PERKEMBANGAN TEKNOLOGI PADA MASA SEKARANG INI PENGUKURAN MEDAN MAGNET BUMI SECARA CEPAT DAPAT DILAKUKAN DI DARAT, LAUT, DAN UDARA. PERALATAN BARU YANG BEKERJA SECARA ELEKTRONIK TELAH BANYAK DIGUNAKAN DALAM PENGUKURAN MEDAN MAGNET BUMI. LEBIH BERKEMBANG UNTUK MAKSUD EKSPLORASI MAUPUN MAKSUD ILMIAH

PRINSIP KERJA METODE MAGNETIK Pada prinsipnya didasarkan pada pengukuran variasi intensitas medan magnet di permukaan bumi yang diakibatkan oleh variasi distribusi benda termagnetisasi di bawah permukaan bumi. Variasi sifat kemagnetan diindikasikan sebagai variasi besarnya suseptibiltas mineral penyusun batuan terhadap batuan sekitarnya. Variasi intensitas magnetik yang terukur ditafsirkan sebagai bentuk distribusi bahan magnetik di bawah permukaan kemudian dijadikan dasar pendugaan keadaan geologi bawah permukaan bumi.

PRINSIP DASAR FISIKA

PRINSIP DASAR FISIKA

PRINSIP DASAR FISIKA

PRINSIP DASAR FISIKA

PRINSIP DASAR FISIKA Dimana magnetik remanentnya diabaikan. Berdasarkan persamaan di atas parameter kerentangan magnetik sangat penting karena menyatakan tingkat atau derajat magnetisasi suatu benda akibat pengaruh medan magnet luar. Kerentangan magnetik k merupkana parameter yang menyebabkan timbulnya anomali magnetik yang sifatnya khas setiap jenis mineral khususnya logam. Nilai k semakin besar jika jumlah mineral magnetik yang dikandung material makin tinggi, begitupun sebaliknya.

Sifat magnetik batuan Secara umum sifat kemagnetan batuan dapat dikelompokkan menjadi : Diamagnetik Paramegnetik Ferromagnetik Antiferromagnetik Ferrimagnetik.

diamagnetik Batuan diamgnetik memiliki atam pembentuk batuan mempunyai kulit elektron yang telah jenuh yaitu tiap elektron berpasangan dan spin yang berlawanan dalam tiap pasangan. Jika mendapat medan magnet luar orbit, elektron akan membuat putaran yang menghasilkan medan magnet lemah yang melawan medan magnet luar tadi. Suseptibilitas k negatif dan kecil. Suseptibilitas k tidak bergantung pada medan luar H. Contoh :Bismuth, gipsum, marmer, kuarsa, garam, seng, emas, tembaga.

paramagnetik Kulit elektron terluar belum jenuh, ada elektron yang spinnya tidak berpasangan dan mengarah pada arah spin yang sama. Jika ada medan magnet luar, spin membuat putaran menghasilkan medan magnet yang mengarah searah dengan medan magnet tsb sehingga memperkuatnya. Tetapi momen magnetik yang terbentuk terorientasi acak oleh agitasi thermal. Suseptibilitas k positif dan sedikit lebih besar dari 1. Suseptibilitas k bergantung pada temperatur. Contoh:piroksen,olivin,garnet,biotit,amfibiolit aluminium, platina ,kayu.

ferromagnetik Banyak terdapat kulit elektron yang hanya diisi oleh satu elektron sehingga mudah terinduksi oleh medan luar. Diperkuat lagi oleh adanya kelompok2 bahan berspin searah yang membentuk dipole2 magnet (domain) mempunyai arah searah, apabila jika di dalam medan magnet luar. Suseptibilitas positif dan jauh lebih besar 1 Suseptibilitas bergantung pada temperatur. Contoh besi, nikel kobalt, baja

antiferromagnetik Domain-domain menghasilkan dipole magnet yang saling berlawanan arah sehingga momen magnetik secara keseluruhan lebih kecil. Bahan antiferromagnetik yang mengalami cacat kristal akan menghasilkan medan magnet kecil. Suseptibilitas k seperti pada bahan ferromagnetik. Contoh hematit (Fe2O4)

ferrimagnetik Domain-domain juga saling antiparalel tetapi jumlah dipole pada masing-masing arah tidak sama sehingga masih mempunyai resultan magnet yang cukup besar. Suseptibilitas tinggi dan bergantung pada temperatur. Contoh magnetit(Fe3O4), ilmenit(FeTiO4), pirhotit (FeS), hematit(FeO2)

PRINSIP DASAR FISIKA

Medan magnetik bumi Bumi dapat dipandang sebagai benda magnet besar bersifat dipole dengan sumbu magnetik tidak berimpit dengan sumbu geografis bumi tapi membentuk sudut 11,5 derajat dengan sumbu perputaran bumi.

Medan magnetik bumi Sumbu-sumbu dipole menembus permukaan bumi pada dua titik dan perpotongannya disebut kutub geomagnetik, kutub geomagnetik utara terletak pada 78,5o N, 71o W (daerah barat laut Greenland) dan kutub geomagnetik selatan terletak pada 78,5o S, 110oE yaitu daerah disekitar antartika (Sharma, 1976). Besar dan arah medan magnetik bumi dinyatakan dalam deklinasi dan inklinasi. Kuat medan magnet yang terukur dipermukaan sebagian besar berasal dari dalam bumi 90% (internal field) sedangkan sisanya medan magnet dari kerak bumi (merupakan target dalam metode eksplorasi geofisika) serta medan dari luar bumi (eksternal Filed)

Medan magnetik bumi Internal field karena sangat besar sehingga medan ini disebut dengan medan utama magnet bumi yang dihasilkan oleh aktivitas di dalam inti luar dan inti dalam bumi. Konsep ini dapat dijelaskan dengan teori dinamo. Medan utama magnet bumi bervariasi terhadap posisi dan waktu yang kompleks. Untuk menyeragamkan harga medan utama magnet bumi di suatu tempat dibuat standar harga yang dinamakan International Geomagnetics Reference Fileds (IGRF) yang diperbaharui setiap 5 tahun.

Kutub utara geografis dan kutub selatan magnetik

Elemen-elemen medan magnet bumi

Elemen-elemen medan magnet bumi Medan magnet pada setiap titik dipermukaan bumi dengan intensitas total F memiliki komponen: komponen vertikal Z dan komponen horisontal H Komponen H selalu bernilai positif sedangkan komponen vertikal Z positif ke arah bawah dan negatif ke arah atas. Sudut yang dibentuk antara komponen horisontal dengan arah utara geografik disebut deklinasi D (positif searah jarum jam 0-360 o), sudut yang dibentuk oleh intensitas total F dengan komponen horisontal disebut sudut inklinasi I (positif kearah bawah, -90 o sampai +90 o)

Elemen-elemen medan magnet bumi Komponen komponen tersebut diorientasikan dengan kordinat geografik, yaitu utara (X), timur (Y) dan arah vertikal (Z). Parameter-parameter X,Y,Z,D,I,H dan F dikenal dengan elemn geomagnetik.

Elemen-elemen medan magnet bumi

Variasi medan magnet bumi Sejak tahun 1600 melalui penelitian yang lebih teliti pada data geomagnetik diperoleh bahwa medan magnet bumi berubah terhadap waktu baik intensitas maupun arahnya. Perubahan atau variasi medan magnet bumi dapat terjadi pada waktu relatif singkat, kadang- kadang variasinya besar dan tidak beraturan. Variasi medan magnetik secara garis besar dibagi atas: Variasi Harian (diurnal Variation), Variasi Sekuler dan Badai Magnetik (magnetic strom)

VARIASI HARIAN (DIURNAL VARIATION) Perubahan medan magnet dalam waktu yang singkat dengan periode harian. Dominan disebabkan oleh gangguan matahari yang berkaitan dengan berubahnya besar dan arah sirkulasi arus listrik dalam ionosfera (Milson, 1989). Radiasi ultraviolet matahari menimbulkan ionosasi pada ionosfer. Ionisasi dan adanya elektron2 yang terlempar dari matahari menimbulkan fluktuasi arus sebagai sumber medan magnet. Sifat variasi ini acak dan periodik, dengan periode rata-rata 10-30 gamma.

VARIASI SEKULER Perubahan intensitas yang terjadi kecil dan sangat lamban. Selain terjadi perubahan intensitas medan magnetik bumi juga perubahan posisi kutub magnetik bumi. Perubahan posisi kutub magnetik terjadi dalam waktu puluhan atau ratusan tahun. Perubahan posisi kutub magnetik bumi ini berpengaruh pada besarnya intensitas medan magnetik bumi.

BADAI MAGNETIK (MAGNETIC STORM) Penyebabnya hampir sama dengan variasi harian, yakni aktivitas matahari terutama pada saat bintik matahari muncul. Perubahannya sangat cepat acak dan besar, sehingga secara praktis mengaburkan hasil pengamatan. Badai magnetik ini berlangsung beberapa jam bahkan sampai beberapa hari. Besarnya bisa mencapai ratusan sampai ribuan gamma dan menurun kembali ke keadaan normal secara tidak menentu.

Interaksi antara radiasi matahari dengan lapisan ionosfer bumi

Badai matahari

Sifat anomali medan magnet Berdasarkan sifat medan magnet bumi dan sifat kemgnetan bahan pembentuk batuan, bentuk anomali medan magnet yang ditimbulkan oleh benda penyebabnya bergantung pada: Inklinasi medan magnet bumi disekitar benda penyebab. Geometri dari benda penyebab. Kecendrungan arah dipole-dipole magnet benda penyebab. Orientasi arah dipole-dipole magnet benda penyebab terhadap arah medan magnet bumi

Magnetometer pengukur badai magnetik

MAGNETOMETER FLUKS GATE

PROTON MAGNETOMETER

Pengukuran geomagnetik Pengukuran medan magnet dapat dilakukan di darat , laut dan udara. Teknik pengukukuran berbeda untuk masing- masing tempat sesuai dengan maksud eksplorasinya. Pengukuran di darat selang antar titik ukur kecil beberapa meter sampai beberapa puluh meter dan daerah eksplorasi biasanya terbatas. Pengukuran di laut maupun di udara selang antar titik ukur lebih besar berkisar antara 0,25 mil sampai beberapa mil dan daerahnya lebih luas

Pengukuran geomegnetik di darat Biasanya untuk eksplorasi mineral juga untuk penelitian geologi tinjau. Selang antar titik ukur rapat (beberapa meter sampai beberapa puluh meter) Titik amat dan pengamat harus bebas dari gangguan magnetik (listrik, jembatan,barang dari besi, jam tangan, pisau lipat dll). pengukuran dapat dilakukan dengan satu atau dua alat.

Penentuan titik pengamatan

Pengukuran dengan satu alat Alat digunakan untuk mengukur mengukur variasi medan magnet di titik amat dan mengukur variasi harian di base station. Penempatan base station sebaiknya mempertimbangkan sehingga pembacaan dapat diulang dalam selang waktu maksimal 2 jam. Sehingga diperoleh data anomali magnetik serta dapat dibuat kurva variasi harian.

Pengukuran dengan dua alat Satu alat diletakkan di base station untuk mengukur variasi harian. Satu alat lainnya dilakukan untuk melakukan pengukuran di lapangan. Sehingga diperoleh data anomali magnetik serta dapat dibuat kurva variasi harian.

Pengukuran geomegnetik di darat Pada akhir survey tiap hari pembacaan harus dilakukan kembali di titik base station dengan tujuan mengetahui perbedaan pembacaan. Pengukuran geomagnetik di darat dilakukan dengan menggunakan magnetometer jenis medan magnet vertikal dan medan magnet total, adapun medan magnet horisontal jarang dilakukan

Survey geomagnetik di udara Biasanya dilakukan dengan tujuan penelitian ilmaih dan geologi tinjau (rekonesen) Yang terukur medan magnet total. Alat memiliki sensitivitas magnetometer besar (1-5 gamma) lebih sensitif daripada magnetometer darat. Alat digantung pada pesawat (lintasan dan ketinggian tergantung pada tujuan survey), data terekam secara otomatis pada kertas rekam Pencatatan variasi harian diletakkan di darat (untuk mengetahui adanya badai magnetik)

Survey geomagnetik di udara Variasi harian tidak didasarkan di darat, karena variasi harian berbeda untuk lintasan yang jauh. Lintasan pengukuran memotong dilakukan untuk koreksi pembacaan. Penentuan lokasi dilakukan dengan pemotretan udara, bantuan radar, signal radio dll. Daearh datar tidak ada gangguan magnetik yang menonjol.

Survey geomagnetik di udara Keuntungannya adalah luas daerah yang besar serta dilakukan dengan cepat. Untuk pekerjaan eksplorasi mineral lokasi yang kecil biaya survey lebih besar tidak ekonomis. Anomali yang diharapkan pada eksplorasi mineral lebih dangkal.

Survey geomagnetik laut Biasanya dilakukan bersama dengan survey geofisika lainnya seperti gaya berat dan seismik. Proton magnetometer dengan sensor ditarik dibelakang kapal sejauh 200-400 meter, terendam sedalam 15-20 meter. Pencatatn terekam secara otomotis. Biasanya dilakukan untuk mendapatkan data geologi bawah laut secara global.

Nilai suseptibilitas magnetik beberapa jenis batuan

Metode pengukuran

Koreksi data magnetik Intensitas medan magnet yang terekam di lapangan bukan intensitas magnet target survey. Data-data magnetik masih dipengaruhi oleh medan magnet yang berasal dari bumi (internal fields) maupun medan magnet luar (eksternal fields) Untuk mendapatkan anomali magnetik target survey, maka data harus dikoreksi antara lain koreksi variasi harian, koreksi lintang (medan utama magnet bumi /IGRF), koreksi topografi.

Koreksi variasi harian Menghilangkan pengaruh medan magnet luar dari data pengukuran. Jika besar variasi harian terekam pada waktu tertentu lebih kecil dibandingkan dengan rerata variasi harian untuk satu hari maka variasi harian dikatakan bernilai negatif. Dikoreksi dengan menjumlahkan data intensitas magnet yang terekam dengan variasi harian pada saat pengukuran berlangsung. Jika variasi harian positif maka data intensitas magnet yang terekam dikoreksi dengan mengurangi dengan variasi harian yang terjadi pada saat pengukuran.

Koreksi lintang / koreksi medan utama magnet bumi Data intensitas medan magnet yang terekam dilapangan sebagian besar merupakan kontribusi dari medan magnet utama bumi Koreksi ini dilakukan dengan cara mengurangkan data intensitas medan magnet yang terekam dengan medan magnet utama bumi.

Koreksi topografi / koreksi terrain Dilakukan untuk menghilangkan pengaruh medan magnet yang ditimbulkan oleh bukit-bukityang termagnetisasi terhadap harga medan hasil pengamatan. Belum ada aturan umum dalam koreksi ini. Jika topografi dianggap tidak termagnetisasi dilakukan koreksi ketinggian dengan mengacu pada harga gradien vertikal medan magnet bumi; Di dearah kutub sekitar –0,03 gamma/meter Di daerah equator sekitar -0,015 gamma/m. Karena nilainya sangat kecil maka dapat diabaikan (Kearey dan Brooks, 1984) Setelah dilakukan koreksi diperoleh data anomali medan magnetik.

Interpretasi data anomali magnetik Hasil pengukuran magnetik berupa profil dan peta kontur magentik. Harga nilai suseptibilitas harus dilakukan untuk mengkorelasikan dengan data pengukuran. Interpretasi yang duilakukan biasa secara kualitatif (analisis kontur, topografi, serta nilai suseptibilitas) maupun secara kuantitatif (analisis model dengan sofware MAGPOLY untuk memperoleh model anomali)

BENTUK ANOMALI MAGNETIK

Contoh hasil survey magnetik