Ground Penetrating Radar

Ground penetrating radar

GPR(Ground-penetrating radar) adalah metode geofisika yang menggunakan radar untuk gambar bawah permukaan. Metode ini menggunakan radiasi elektromagnetik dalam microwave band (UHF / VHF frekuensi) dari spektrum radio, dan mendeteksi sinyal tercermin dari struktur bawah permukaan. GPR dapat digunakan dalam berbagai media, termasuk batu, es tanah, air segar, trotoar dan struktur.Hal ini dapat mendeteksi benda-benda, perubahan materi, dan void dan retak.

GPR menggunakan gelombang radio frekuensi tinggi (biasanya terpolarisasi) dan mengirimkan ke tanah. Ketika gelombang hits benda terkubur atau batas dengan konstanta dielektrik yang berbeda, antena catatan variasi sinyal kembali menerima pantulan. Prinsip-prinsip yang terlibat mirip dengan seismologi refleksi, kecuali bahwa energi elektromagnetik digunakan sebagai pengganti energi akustik, dan refleksi muncul pada batas-batas dengan konstanta dielektrik yang berbeda, bukan impedansi akustik.

Kisaran kedalaman GPR dibatasi oleh konduktivitas listrik dari tanah, pusat frekuensi yang ditransmisikan dan kekuatan radiasi. Seperti meningkatkan konduktivitas, kedalaman penetrasi berkurang. Hal ini karena energi elektromagnetik lebih cepat hilang menjadi panas, yang menyebabkan kehilangan kekuatan sinyal di kedalaman. Frekuensi yang lebih tinggi tidak menembus sejauh frekuensi yang lebih rendah, tetapi memberikan resolusi yang lebih baik. Kedalaman penetrasi yang optimal dicapai dalam es di mana kedalaman penetrasi dapat mencapai beberapa ratus meter. Penetrasi yang baik juga dicapai dalam tanah berpasir kering atau bahan kering masif seperti granit, batu kapur, dan beton di mana kedalaman penetrasi bisa sampai 15 m. Pada tanah lembab dan / atau tanah liat-sarat dan tanah dengan konduktivitas listrik yang tinggi, penetrasi kadang-kadang hanya beberapa sentimeter.

Antena GPR umumnya  bersentuhan dengan tanah untuk kekuatan sinyal terkuat, namun, antena GPR dapat digunakan di atas tanah. GPR  telah dikembangkan dalam bidang hydrogeophysics yang menjadi sarana berharga menilai keberadaan dan jumlah air tanah.

CONTOH APLIKASI GPR

GPR memiliki banyak aplikasi dalam sejumlah bidang. Dalam ilmu bumi digunakan untuk mempelajari batuan dasar, tanah, air tanah, dan es.

Dalam rehabilitasi lingkungan, GPR digunakan untuk mendefinisikan tempat pembuangan sampah, bulu kontaminan, dan situsremediasi lainnya, sementara dalam arkeologi digunakan untuk pemetaanfitur arkeologi dan pemakaman. GPR digunakan dalam penegakan hukum untuk mencari kuburan klandestin dan menguburkan bukti-bukti.Menggunakan untuk militer termasuk deteksi ranjau, artileri yang tidak meledak,dan terowongan.

 Sebelum 1987 Waduk Frankley di Birmingham, Inggris England bocor540 liter air minum per detik. Pada tahun itu GPR berhasil digunakanuntuk mengisolasi kebocoran.

Lubang radar memanfaatkan GPR digunakan untuk memetakan strukturdari lubang bor dalam aplikasi pertambangan bawah tanah. Sistem radarmodern arah lubang mampu menghasilkan gambar tiga dimensi dari pengukuran dalam lubang bor tunggal.

Salah satu aplikasi utama lainnya untuk radar penetrasi tanah untukmencari utilitas bawah tanah, karena GPR mampu menghasilkan gambar3D dari listrik bawah tanah pipa, listrik, limbah dan air.

.           Keterbatasan kinerja paling signifikan dari GPR dalam high-konduktivitas bahan seperti tanah liat dan tanah yang terkontaminasi garam. Kinerja juga dibatasi oleh hamburan sinyal dalam kondisi heterogen (misalnya tanah berbatu).

Kelemahan lain dari sistem GPR yang tersedia saat ini meliputi:Interpretasi radar grams umumnya non-intuitif untuk pemula dan Keahlian yang diperlukan untuk secara efektif desain, perilaku, dan menafsirkan survei GPR.Relatif konsumsi energi yang tinggi juga dapat menjadi masalah bagi survei lapangan yang luas.

Kemajuan terbaru dalam perangkat keras dan perangkat lunak GPR telah berbuat banyak untuk memperbaiki kelemahan ini, dan perbaikan lebih lanjut dapat diharapkan dengan pembangunan berkelanjutan.

Ada juga jenis khusus dari GPR yang menggunakan unmodulated -sinyal gelombang. Ini adalah radar bawah permukaan holografik yang berbeda dari jenis GPR lain dalam hal ini mencatat rencana-tampilan hologram bawah permukaan. Kedalaman penetrasi radar semacam ini agak kecil (sampai 20-30 cm), namun resolusi lateral cukup untuk membedakan berbagai jenis ranjau darat di tanah atau gigi berlubang, cacat, perangkat penyadap, atau benda tersembunyi lainnya di dinding, lantai dan elemen struktural.

Penetrating Radar pipa (PPR) adalah sebuah aplikasi dari GPR teknologi diterapkan dalam pipa dimana sinyal diarahkan melalui dinding pipa dan saluran pipa untuk mendeteksi ketebalan dinding dan rongga di belakang dinding pipa.

METODA GEOMAGNETIK

Metode Geomagnet adalah salah satu metode geofisika yang digunakan untuk menyelidiki kondisi permukaan bumi dengan memanfaatkan sifat kemagnetan batuan yang diidentifikasikan oleh kerentanan magnet batuan. Metode ini didasarkan pada pengukuran variasi intensitas magnetik di permukaan bumi yang disebabkan adanya variasi distribusi (anomali) benda termagnetisasi di bawah permukaan bumi. Variasi intensitas medan magnetik yang terukur kemudian ditafsirkan dalam bentuk distribusi bahan magnetik dibawah permukaan, kemudian dijadikan dasar bagi pendugaan keadaan geologi yang mungkin teramati. Pengukuran intensitas medan magnetik dapat dilakukan di darat, laut maupun udara.

Susceptibilitas magnet batuan adalah harga magnet suatu batuan terhadap pengaruh magnet, yang pada umumnya erat kaitannya dengan kandungan mineral dan oksida besi. Semakin besar kandungan mineral magnetit di dalam batuan, akan semakin besar harga susceptibilitasnya. Metoda ini sangat cocok untuk pendugaan struktur geologi bawah permukaan dengan tidak mengabaikan faktor kontrol adanya kenampakan geologi di permukaan dan kegiatan gunungapi.

Metode magnetik sering digunakan dalam eksplorasi minyak bumi, panas bumi, dan batuan mineral serta bisa diterapkan pada pencarian prospeksi benda-benda arkeologi.

Medan Magnet Bumi

Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis atau disebut juga elemen medan magnet bumi, yang dapat diukur yaitu meliputi arah dan intensitas kemagnetannya. Parameter fisis tersebut meliputi :

-    Deklinasi (D), yaitu sudut antara utara magnetik dengan komponen horizontal yang dihitung dari utara menuju timur

-    Inklinasi(I), yaitu sudut antara medan magnetik total dengan bidang horizontal yang dihitung dari bidang horizontal menuju bidang vertikal ke bawah.

-    Intensitas Horizontal (H), yaitu besar dari medan magnetik total pada bidang horizontal.

-    Medan magnetik total (F), yaitu besar dari vektor medan magnetik total.

Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu. Untuk menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standar nilai yang disebut International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui setiap 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km2 yang dilakukan dalam waktu satu tahun. Medan magnet bumi terdiri dari 3 bagian :

1.         Medan magnet utama (main field)

Medan magnet utama dapat didefinisikan sebagai medan rata-rata hasil pengukuran dalam jangka waktu yang cukup lama mencakup daerah dengan luas lebih dari 106 km2..

1.         Medan magnet luar (external field)

Pengaruh medan magnet 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 terhadap waktu jauh lebih cepat.

1.         Medan magnet anomali

Medan magnet anomali sering juga disebut medan magnet lokal (crustal field). Medan magnet ini dihasilkan oleh  batuan yang mengandung mineral bermagnet seperti magnetite (), titanomagnetite () dan lain-lain yang berada di  kerak bumi.

Dalam survei dengan metode magnetik yang menjadi target dari pengukuran adalah variasi medan magnetik yang terukur di permukaan (anomali magnetik). Secara garis besar anomali medan magnetik disebabkan oleh medan magnetik remanen dan medan magnetik induksi. Medan magnet remanen mempunyai peranan yang besar terhadap magnetisasi batuan yaitu pada besar dan arah medan magnetiknya serta berkaitan dengan peristiwa kemagnetan sebelumnya sehingga sangat rumit untuk diamati. Anomali yang diperoleh dari survei merupakan hasil gabungan medan magnetik remanen dan induksi, 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 magnetik kurang dari 25 % medan magnet utama bumi (Telford, 1976),

Metode Pengukuran Data Geomagnetik

Dalam melakukan pengukuran geomagnetik, peralatan paling utama yang digunakan adalah magnetometer. Peralatan ini digunakan untuk mengukur kuat medan magnetik di lokasi survei. Salah satu jenisnya adalah Proton Precission Magnetometer (PPM) yang digunakan untuk mengukur nilai kuat medan magnetik total. Peralatan lain yang bersifat pendukung di dalam survei magnetik adalah Global Positioning System (GPS). Peralatan ini digunaka untuk mengukur posisi titik pengukuran yang meliputi bujur, lintang, ketinggian, dan waktu. GPS ini dalam penentuan posisi suatu titik lokasi menggunakan bantuan satelit. Penggunaan sinyal satelit karena sinyal satelit menjangkau daerah yang sangat luas dan tidak terganggu oleh gunung, bukit, lembah dan jurang.

Beberapa peralatan penunjang lain yang sering digunakan di dalam survei magnetik, antara lain (Sehan, 2001) :

1.         Kompas geologi, untuk mengetahui arah utara dan selatan dari medan magnet bumi.

2.         Peta topografi, untuk menentukan rute perjalanan dan letak titik pengukuran pada saat survei magnetik di lokasi

3.         Sarana transportasi

4.         Buku kerja, untuk mencatat data-data selama pengambilan data

5.         PC atau laptop dengan software seperti Surfer, Matlab, Mag2DC, dan lain-lain.

Pengukuran data medan magnetik di lapangan dilakukan menggunakan peralatan PPM, yang merupakan portable magnetometer. Data yang dicatat selama proses pengukuran adalah hari, tanggal, waktu, kuat medan magnetik, kondisi cuaca dan lingkungan.

Dalam melakukan akuisisi data magnetik yang pertama dilakukan adalah menentukan base station dan membuat station – station pengukuran (usahakan membentuk grid – grid). Ukuran gridnya disesuaikan dengan luasnya lokasi pengukuran, kemudian dilakukan pengukuran medan magnet di station – station pengukuran di setiap lintasan, pada saat yang bersamaan pula dilakukan pengukuran variasi harian di base station.