PENGANTAR METODE GEOMAGNET

METODE GEOMAGNET

1.   Pengertian Medan Magnet Secara umum

Pengertian umum medan magnet bumi adalah medan atau daerah dimana dapat dideteksi distribusi  gaya magnet  (BROOKE,  1966,  Champman  dan  Barttels,  1940).  Pada tahun  1839

Gauss pertama kali melakukan analisa harmonik dari medan magnet bumi untuk mengamati sifat-sifatnya.  Analisa  selanjutnya  yang  dilakukan  oleh  para  ahli  mengacu  pada  kesimpulan umum yang dibuat oleh Gauss yaitu :

·    Intensitas medan magnet bumi hampir seluruhnya dari dalam bumi

·     Medan  yang teramati di permukaan bumi dapat didekati dengan persamaan harmonik yang pertama berhubungan dengan potensial dua kutub di pusat bumi. Dua kutub Gauss ini mempunyai kemiringan (menyimpang) kira-kira 11,50 terhadap sumbu geografis.

Komponen  medan  magnet yang berasal dari dalam  medan bumi merupakan  efek yang timbul karena sifat inti bumi yang cair memungkinkan adanya gerak relatif antara kulit bumi dengan inti bumi yang sering disebut dengan efek dynamo.

Variasi medan magnet yang hanya beberapa persen dari harganya yang timbul oleh aliran arus di ionosfer yang menghasilkan medan magnet, dengan demikian induksi arus listrik alam mengurangi komponen horisontal yang tergantung pada sifat kelistrikan kerak dan mantel bumi (Brooke, 1966). Arus ionosfer pada prinsipnya berasal dari :

·     Fluktuasi harian sinar matahari dan pasang surut bulan yang menyebabkan bergeraknya elektron bebas.

·     Variasi transien yang dihasilkan oleh aktivitas matahari, aliran partikel terionisasi yang berasal dari emisi gas hydrogen dari matahari ditahan dynamo ionosfer dan akibatnya menganggu medan magnet bumi (Oxford, 1965; Akasofu dan Champman, 1961).

    A.    Suseptibilitas Batuan dan Mineral

Tingkat suatu benda magnetik untuk mampu dimagnetisasi ditentukan oleh suspebilitas  kemagnetan atau K, dituliskan sebagai :

I = k H

Besaran yang tidak berdimensi ini merupakan parameter dasar yang dipergunakan dalam metode magnetik. Harga k pada batuan semakin besar apabila dalam batuan tersebut semakin  banyak dijumpai banyak mineral – mineral yang bersifat magnetik.

Faktor yang mempengaruhi harga suspebilitas batuan adalah : 

- Jenis batuan

-  Komposisi batuan

Benda magnet apabila berada dalam medan luar akan memiliki kutub  kutub sendiri yang umumnya mengarah kearah yang sama dengan medan, sehingga akan dihasilkan suatu  medan baru. Medan tambahan ini apabila dihubungkan dengan intensitas magnetisasi adalah  induksi magnetik (B).Didefinisikan sebagai medan total dalam benda :

 

                       

Berdasarkan harga kerentanan magnet, k bahan dapat dibedakan sebagai berikut :

-  Diamagnetik, yaitu mempunyai harga k yang lebih kecil dan negatif.

contoh : air, Hg, Cu, dll.

-  Paramagnetik, yaitu mempunyai harga k yang kecil dan positif.

contoh : Pt, AlO₂ dll.

- Ferromagnetik, yaitu bahan paramagnetik yang mempunyai harga k besar sekali ( sampai 10 kali harga k bahan paramagnetik ).

contoh : jenis – jenis logam.

   B.     Konsep Dasar Metode Magnetik

-  Gaya Magnetik

Dasar dari metode Magnetik adalah gaya columb yang dapat di rumuskan sebagai berikut

 

 

Dimana

F              = gaya coloumb dalam newton

M_{1 dam} m₂ = kuat kutub magnet dalam ampere meter

r               = jarak kedua kutub

µ_o                 = permeabilitas

(Telford, 1979)

-  Kuat Medan Magnet

Kuat medan magnet ialah besarnya medan magnet pada suatu titik dalam ruang yang timbul sebagai akibat kutub m yang berada sejauh r dari titik tersebut. Kuat medan H didefinisikan sebagai gaya pada satu satuan kutub :

 

 

Satuan H S1 adalah weber / m tesla ( 1 tesla = 10⁹ gamma)

-  Momen magnetic

Bila dua kutub magnet yang berlawanan mempunyai kuat kutub magnet +p dan –p,  keduanya terletak dalam jarak I, maka momen magnetik M dapat ditulis sebagai :

 

 

Dengan M adalah vector dlam arah unit vector r₁ dari kutub negatif ke kutub positif

-  Intensitas Kemagnetan

Suatu benda magnet yang terletak di dalam medan magnet luar menjadi termagnetisasi karena induksi. Intensitas magnetisasi itu berbanding lurus dengan kuat medan dan arahnya  searah dengan medan tersebut. Intensitas magnetisasi didefinisikan sebagai magnet per satuan

volume, yaitu :

Secara praktis magnetisasi akibat induksi ini kebanyakan meluruskan dipole- dipole  material magnet, sehigga sering disebut sebagai polarisasi magnet. Bila besarnya konstan dan  arahnya sama, maka dikatakan benda termagnetisasi secara uniform.

-  Induksi magnetic

Bila benda magnetik diletakkan dalam medan magnet luar H, kutub-kutub internalnya akan  menyearahkan diri dengan H dan terbentuk suatu medan magnet baru yang besarnya adalah :

 

            Medan magnet totalnya disebut dengan induksi magnet B dan ditulis sebagai 

                                                                           

                        Dengan mr = 1+ pk dan disebut sebagai permeabilitas relatif dari suatu benda magnetik.  Satuan B dalam emu adalah gauss, sedangkan dalam geofisika eksplorasi dipakai satuan gamma (g), dengan 1 g = 10-5 gauss = 1 nT.

-  Potensial Magnetostatik

Potensial magnetostatik didefenisikan sebagai tenaga yang diperlukan untuk memindahkan  satu satuan kutub magnet dari titik tak terhingga ke suatu titik tertentu dan dapat ditulis sebagai

 

 

Untuk benda tiga dimensi, material di dalamnya memberikan sumbangan momen magnetik  per satuan volume M(r). Jadi potensialnya merupakan hasil integral sumbangan momen  dwikutub per satuan volume

dan dapat ditulis sebagai :

 

Dan medan magnet benda sebagai penyebab timbulnya anomali, dapat ditulis sebagai:

 

 

                                            

-  Medan magnet Bumi

                Bumi berlaku seperti sebuah magnet sferis yang sangat besar dengan suatu medan magnet yang mengelilinginya. Medan itu dihasilkan oleh suatu dipole magnet yang terletak pada pusat bumi. Sumbu dipole ini bergeser sekitar 11o dari sumbu rotasi bumi, yang berarti kutub utara geografis bumi tidak terletak pada tempat yang sama dengan kutub selatan magnetik bumi. Menurut IGRF (2000), melalui perhitungan posisi simetris dimana dipole magnetik memotong permukaan bumi, letak kutub utara magnet bumi adalah 79,3 N, 71,5 W dan 79,3 S , 108,5 E

untuk kutub selatan. 

                Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis yang dapat diukur yaitu arah dan intensitas kemagnetannya. Parameter  fisis itu adalah deklinasi magnetik D, intensitas horisontal H dan intensitas vertikal Z. Dari elemen-elemen ini, semua parameter medan magnet lainnya

dapat dihitung.

                 Parameter yang menggambarkan arah medan magnetik adalah deklinasi D (sudut antara utara magnetik dan utara geografis) dan inklinasi I (sudut antara bidang horisontal dan vektor medan total), yang diukur dalam derajat. Intensitas medan magnetik total F digambarkan dengan  komponen horisontal  H, komponen vertikal Z dan komponen horisontal kearah utara X dan kearah timur Y.  Intensitas  medan magnetik bumi secara kasar antara 25.000 – 65.000 nT. Untuk Indonesia, wilayah yang terletak di utara ekuator mempunyai intensitas ± 40.000 nT, sedangkan yang di selatan ekuator  ± 45.000 nT.

 

Sehingga

           

                        F₀ ² =  H²  + Z² = X² + Y² + Z²

            Di mana :

            H = Fo cos  I               Z = Fo sin I

X = H cos D                tan I = Z/ H

Y = H sin D                tan D = Y / X

                        Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu sehingga untuk menyeragamkan nilainilai medan utama bumi dibuat standar nilai yang disebut dengan International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui tiap 5 tahun sekali. Nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta Km yang dilakukan dalam waktu satu tahun. Medan magnet bumi terdiri dari tiga bagian, yaitu :

·         Medan utama (Main field)

Pengaruh medan utama magnet bumi ± 99 % dan variasinya terhadap waktu sangat lambat dan kecil.

·         Medan luar (External field)

      Pengaruh medan luar berasal dari pengaruh luar bumi (aktifitas matahari, badai magnetik) yang merupakan hasil dari ionisasi di atmosfer yang ditimbulkan oleh sinar ultraviolet dari matahari. Karena sumber luar ini berhubungan dengan arus listrik yang mengalir dalam lapisan terionisasi di atmosfer, maka perubahan medan ini terhadap waktu jauh lebih cepat. Beberapa sumber medan luaar antara lain :

  Perubahan konduktivitas listrik lapisan atmosfer dengan siklus 11 tahun,

 - Variasi harian dengan periode 24 jam yang berhubungan dengan pasang surut matahari dan mempunyai jangkauan 30 nT,

- Variasi harian dengan periode 25 jam yang berhubungan dengan pasang surut bulan dan mempunyai jangkauan 2 nT,

-  Badai magnetik yang bersifat acak dan mempunyai jangkauan sampai dengan 1.000 nT

·      Anomali Medan Magnetik

Variasi medan magnet yang terukur di permukaan bumi merupakan target dari survey magnetik (anomali magnetik). Besar anomali magnetik berkisar ratusan sampai ribuan nano-tesla, tapi ada juga yang > 100.000 nT yang berupa endapan magnetik. Secara garis besar anomali ini disebabkan oleh madan magnetik remanen dan medan magnetik induksi. Anomali yang diperoleh dari survey merupakan hasil gabungan dari keduanya, bila arah medan magnet remanen sama dengan arah medan magnet induksi maka anomalinya bertambah besar, demikian pula sebaliknya. Jika anomali medan magnetiknya < 25 % medan magnet utama bumi maka efek medan remanennya dapat diabaikan. Adanya anomali medan magnetik menyebabkan perubahan dalam medan magnet total bumi dan dapat dituliskan sebagai :

 

                                

                 Dengan H_T = medan magnet total bumi, M H = medan magnet utama bumi dan A H = medan anomali magnetik. Bila besar A H < T H dan arah T H hampr sama dengan arah T H maka anomali magnetik totalnya adalah 

                                 

                                            

Dimana : obs T = medan magnet total terukur, IGRF T = medan magnet teoritis berdasarkan  IGRF dan vn T = koreksi medan magnet akibat variasi harian.

v  Magnetisasi Batuan

Apabila suatu batuan didalamnya mengandung mineral magnet berada dalam medan magnet bumi, maka akan timbul medan magnet baru dalam benda (induksi) yang menghasilkan anomaly magnet. Oleh sebab itu medan magnet normal bumi akan mengalami gangguan yang disebabkan oleh anomaly magnet sebagai hasil magnetisasi batuan

2.         Medan Magnet

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

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. Pengaruh medan utama magnet bumi ± 99% yang disebabkan karena bumi itu sendiri merupakan magnet yang sangat besar dan variasinya terhadap waktu sangat lambat dan kecil. 

2. 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.

3. 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 (87 SF e ), titanomagnetite ( 4 2 O TF i e ) dan lain-lain yang berada di  kerak bumi. 

    3.      Akusisi

Dalam akuisisi dat magnetic dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu secara looping, base rover, atau gradient vertikal. Perbedaan dalam beberapa cara tersebut hanaya di tekankan dalam penggunaan instrument dalam pengukuran. 

1. Looping

Pengukuran yang dimulai dari base dan di akhiri di base lagi. Pengukuran looping ini hanya menggunakan satu alat PPM yang menjadi base dan rover. Dimana sekaligus

pengukuran looping ini mencatat nilai variasi harian dan intensitas medan magnet total.

2. Base – Rover

Pengukuran yang menggunakan dua buah alat PPM dimana satu buah untuk pengambilan data base yang penempatan alat PPM tersebut di tempatkan pada tempat yang bebas dari

noise guna mencatat nilai variasi harian dan tetap sedangkan satunya untuk pengambilan

data di lapangan guna mencatat intensitas medan total dari tiap lintasan.

3. Gradien Vertikal

                Untuk pengukuran Gradien vertikal secara pengukuran sama dapat dilakuakan secara looping atau base-rover, hanya saja perbedaannya pada pemakaian sensor. Jumlah sensor yang di gunakan 2  buah sensor. Biasanya untuk pemetaan medan magnet total dan variasi gradient vertikal medan magnet.

                 Untuk pengukuran geomagnetic itu sendiri yang secara valid, umum, standar dalam pengukuranya yaitu menggunakan base-rover. Sedangkan untuk looping dan gradient vertikal  jarang di gunakan dalam pengukuran secara umum . Gradien vertikal juga hanya di gunakan

pengukuran untuk mengetahui batas litologi suatu lapangan saja.