Makalah Seismograf

SEISMOGRAF

Sejarah Seismograf

Zhang Heng - penemu seismograph

Zhang Heng ( 78–139 M) yang lahir pada Dinasti Han adalah penemu Seismometer (sekarang Seismograph). Ketika beliau meninggalkan rumahnya untuk belajar tentang sastra, umurnya baru 16 tahun. Tidak hanya sastra, beliau juga belajar di bidang mekanikal dan astronomi. Ketika bekerja di pemerintahan, kontribusi yang paling besar ia lakukan di bidang astronomi dan ilmu pengetahuan adalah melakukan penyelidikan fenomena astronomi, menyusun kalender, meramalkan cuaca, dan mengadakan penyelidikan meteorologi. Penyelidikan-penyelidikan inilah yang melahirkan kalender dan seismometer yang orang barat katakan sebagai seismograph.

Definisi

            Seismograf adalah instrumen yang digunakan untuk merekam dan mengukur gempa bumi. Ketika terjadi gempa bumi, getaran-getaran tersebut dikenali dengan bergesernya bebatuan sepanjang radius zona fault keluaran dari titik kejadian. Seismograf mendeteksi, dengan memperkuat, dan merekam getaran yang terjadi pada bumi. Gambaran rekaman yang dihasilkan oleh seismograf tersebut dinamakan seismogram.

Prinsip kerja seismograf

            Selama gempa bumi, basis/dasar bergerak dan massa tidak. Gerakan basis terhadap massa diubah menjadi tegangan listrik. Tegangan listrik dicatat/direkam di atas kertas, pita magnetik, atau media rekaman lain. Rekaman ini berbanding lurus dengan gerakan massa Seismometer relatif terhadap bumi, tetapi bisa dikonversikan secara matematis kedalam rekaman dari pergerakan mutlak tanah/bumi. Seismograf umumnya merupakan sebuah seismometer dengan alat perekamnya sebagai satu unit alat.

Prinsip Kerja Hidrofon

Source signature adalah karakteristik pulsa akustik (acoustic pulse) yang dihasilkan oleh sumber gelombang seismik. Pada akusisi seismik marine, source signature diukur dengan meletakkan perekam (hydrophone) pada kedalaman tertentu yang biasanya 90 meter di bawah sumber gelombang (air gun).

Marine source signature memiliki tiga elemen penting yakni direct arrival atau gelombang yang merambat dari sumber langsung ke penerima, source ghost yang terefleksikan oleh batas air udara dan bubble pulse yang dihasilkan oleh gelembung udara akibat ledakan.

Gambar di bawah ini adalah arsitektur marine source signature dalam domain waktu dan domain frekeunsi.

Sebuah souce signature yang baik harus memiliki direct arrival yang dominan, memiliki inteferensi konstruktif antara direct arrival dan ghost serta memiliki interferensi bubbles yang minimum.

Interferensi dekstruktif dari ghost dapat dihindarkan dengan meletakkan air gun pada kedalaman tertentu sehingga ghost notch tidak terletak pada rentang frekuensi gelombang seismik yang dikehendaki. Hubungan antara frekuensi ghost dengan kedalaman dapat digambarkan dengan persamaan sbb:

Dimana k adalah integer 0, 1, 2, 3, dst, V_air adalah kecepatan gelombang seismik pada air (~1485m/s), d_perekam kedalaman hydrophone (biasanya 7 meter), θ adalah sudut arah penjalaran gelombang terhadap garis vertikal. Jika diasumsikan θ=70^o maka akan diperoleh f_ghost pertama=0 dan f_ghost berikutnya ~110Hz. Pada kondisi ini, jika rentang frekuensi seismik yang umumnya 3-85Hz akan terhindar dari interferensi ghost notch.

Pengaruh intereferensi bubbles dapat dihindari dengan mendesain volume airgun yang berbeda-beda. Karena pada praktiknya, air gun tersebut merupakan rangkaian dari beberapa kompresor udara dengan kapasitas volume yang berbeda yang dinyalakan pada waktu yang bersamaan. Sehingga, selain memiliki keuntungan jumlah energi yang besar, rangkaian sumber dengan perbedaan volume tersebut akan memberikan efek destructive interference antara satu bubble dengan bubble yang lainnya. Hal ini disebabkan karena waktu munculnya bubble merupakan fungsi dari dari volume, untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini:

Courtesy Martin Landrø and Lasse Amundsen (Geo Expro)

Geophone

Geophone adalah sebuah transducer pergerakan tanah yang sangat sensitif. Sebuah geophone mengubah energi seismik, atau vibrasi, menjadi tegangan listrik yang dapat diukur secara akurat. Ketika terjadi vibrasi yang menyebabkan geophone atau magnet yang berada di dalam geophone bergerak, lilitan akan tetap diam karena kelembamannya. Pergerakan magnet relatif terhadap lilitan ini menimbulkan tegangan listrik yang proporsional terhadap kecepatan relatif lilitan terhadap magnet.

Penampang bagian dalam geophone

Geophone bekerja berdasakan hukum Faraday, dimana pada sebuah kumparan akan terjadi arus listrik apabila pada kumparan tersebut terjadi perubahan fluk magnet terhadap waktu. Besarnya tegangan yang terjadi berbanding lurus dengan besarnya perubahan fluk terhadap waktu tersebut.

Dimana:
- V = tegangan output
- ∂Φ = perubahan fluks magnet
- ∂t = perubahan waktu
- G = konstanta transducer
- Ў = pergerakan relatif

Diagram perubahan getaran menjadi sinyal listrik pada geophone