Metode magnetik.pdf

8/11/2019 Metode magnetik.pdf

1/28

Metode magnetik

3.1.1. Pendahuluan

Metode magnetik dan gravity sudah umum dikenal, namun magnetik lebih kompleks danvariasi medan magnetnya lebih tidak menentu dan bersifat lokal. Hal ini disebabkan karena

adanya perbedaan antara dua kutub medan magnetik dan satu kutub medan gravitasi.Perbedaannya ialah pada variabel arah, dimana medan gravitasi selalu arahnya vertikal, selainitu juga medan magnetik mengalami ketergantungan terhadap waktu, sedangkan medangravity tidak dipengaruhi waktu / invariant (mengabaikan variasi pasang surut yang kecil).Peta gravity biasanya didominasi oleh efek regional, sedangkan peta magnetik umumnyamenampilkan banyak anomali lokal. Pengukuran magnetik biasanya lebih mudah dan lebihmurah dibandingkan kebanyakan metode geofisika dan nilai koreksinya tidak terlalu

berpengaruh. Variasi medan magnetik kerap kali mengestimasi struktur mineral serta strukturregional, dan metode magnetik merupakan metode yang paling serba guna dalam teknik

prospeksi geofisika. Bagaimanapun sama seperti metode potensial lainnya, metode magnetikmempunyai kekurangan pada interpretasi.

3.1.2. Sejarah metode magnetik

Ilmu yang mempelajari kemagnetan bumi merupakan cabang ilmu geofisika tertua. Hal inidiketahui selama lebih dari 3 abad yang menyatakan bahwa bumi merupakan suatu magnet.Sir William Gilbert (1540-1603) melakukan percobaan alamiah pertama terhadapkemagnetan bumi. Beliau mencatatnya pada de Magnete, yang ilmunya dibawa ke Eropa dariCina oleh MarcoPolo. Gilbert menunjukkan bahwa medan magnet bumi setara denganmagnet permanen yang arahnya utara-selatan yang dekat dengan sumbu rotasi bumi.

Karl Frederick Gauss menyatakan tentang ilmu yang membahas medan magnetik bumi padatahun 1830-1842 yang hampir semua pernyataannya tergolong valid. Beliau menggunakan

analisis matematika bahwa medan magnet lebih besar berasal dari material yang berasal daridalam bumi, dan beliau menyatakan bahwa adanya kemungkinan hubungan antara medanmagnet bumi dan rotasi bumi karena sumbu dipol yang mempengaruhi besar medan di areasekitar sumbu rotasi bumi.

Medan magnet terestrial telah dipelajari sejak era Gilbert, tapi tidak sampai tahun 1843dimana von Wrede yang pertama menggunakan variasi medan untuk menentukan lokasideposit dari bijih magnetik yang kemudian dipublikasikan pada tahun 1879 TheExamination of Iron Ore Deposits Bay Magnetic Measurements oleh Thalen yang ditandai dengan penggunaan pertama metode magnetik.

Sampai akhir tahun 1940, pengukuran medan magnetik mayoritas menggunakan

keseimbangan magnetik yang mengukur satu komponen dari medan bumi, biasanyakomponen vertikal. Pengukuran ini biasanya dilakukan di permukaan daratan. Magnetometerfluxgate pertama kali ditemukan pada perang dunia 2 untuk mendeteksi kapal selam dari

pesawat. Pasca perang, magnetometer (dan navigasi radar, dan peralatan perang lainnya)digunakan untuk pengukuran aeromagnetik. Magnetometer proton-presisi ditemukan padaawal 1950an sangat handal dan operasi yang sederhana dan cepat. Dan saat ini digunakan

pada mayoritas alat instrumentasi. Mangetometer pompa optik alkali-uap yang pertama kaliditemukan pada 1962 memiliki akurasi yang tinggi pada pengukuran magnetik.Bagaimanapun magnetometer proton-presisi dan pompa optik hanya mengukur besaran nilai,tidak termasuk arah dari medan magnet. Pengukuran gradiometer ariborne dimulai sejakakhir tahun 1960, meskipun pengukuran pada permukaan telah lama ditemukan. Gradiometer

kerap menggunakan dua magnetometer yang jaraknya berkisar 1-30 m. Perbedaan pembacaan tidak hanya memberikan gradien vertikal, tapi juga sebagian besar


2/28

menghilangkan efek dari variasi medan temporal yang sering mempengaruhi faktor batasakurasi.

Perekaman digital dan pemrosesan data magnetik menghilangkan nilai jenuh yangterkandung saat mengoreksi pengukuran ke peta magnetik. Algoritma interpretasi sekarangmemungkinkan untuk menghasilkan gambar profil yang terkomputerisasi untuk menunjukkan

penyebaran magnetisasi.

Sejarah survey magnetik telah dibahas oleh Reford (1980) dan nilai seninya dibahas olehPaterson dan Reeves (1985)

3.2 Prinsip dan Teori Dasar

3.2.1. konsep elektromagnetik vs klasik

Teori magnetik modern dan klasik memiliki perbedaan pada konsep dasar. Teori magnetikklasik serupa dengan teori grafiti dan elektrikal; yang konsep dasarnya ialah titik kutub

magnetik analog dengan titik muatan listrik dan massa titik, dan setara dengan hukum kuadratterbalik untuk gaya antara kutub, atau massa. Unit magnetik memiliki satuan sentimeter-gram-detik dan unit elektromagnetik (cgs dan emu) merupakan dasar dari konsep ini. UnitSistem Internasional (SI) didasari bahwa medan magnet berasal dari elektrik. Unit dasarmerupakan dipol dimana diciptakan dengan arus listrik yang melingkar, daripada sistem cgs-emu monokutub yang terisolasi secara fiktif.

Sistem cgs-emu dimulai dengan konsep gaya magnetik F pada hukum Coulomb

dimana F merupakan gaya pada p2 (dynes), rmerupakan jarak antara kutub p1 dan p2 (cm), merupakan permeabilitas magnetik [properti

medium, persamaan (3.7)] dan r1 merupakan unit arah vektor dari p1 ke p2. Gayamagnetostatik menarik kutub dengan tanda yang berlawanan sedangkan menolak dengantanda yang searah. Tanda konvensi menunjukkan bahwa kutub positif mengarah pada kutubutara magnetik bumi, namun istilah utara-seeking juga tetap digunakan.


3/28

dimana H dalam Ampere/meter dan I dalam ampere dan r danl dalam meter

Medan magnetisasi H (atau dikenal dengan kuat medan magnetik) didefinisikan sebagai gaya pada unit kutub:

(kita menggunakan prime untuk mengindikasikan bahwa H ialah cgs- em) ; H diukur denganoersted (setara dengan dynes/unit kutub)

Dipol magnetik dibayangkan sebagai dua kutub dengan +p dan P yang dipisahkan jarak 2l.Momen dipol magnetik didefinisikan dengan

m adalah vektor arah unit vektor r1 yang meluas dari kutub negatif ke kutub positif.

Medan magnetik merupakan konsekuensi dari aliran arus listrik. Sebagaimana dijelaskan pada hukum ampere (atau yang lebih dikenal dengan hukum Biot-Savart), arus I padakonduktor dengan panjang l pada titik P (gambar 3.1). medan magnetisasi H ialah


4/28

Dimana H merupakan satuan SI dengan dimensi amper/meter yaitu

r dan l dalam meter, I dalam amper.

Aliran arus pada siklus melingkar menentukan lokasi dipole magnetik pada pusat siklus dan berorientasi arah pada aturan tangan kanan yang memntukan arah arus. Momen dipolmemiliki satuan amper meter kuadrat (10^10 pole-cm). Pergerakan orbital elektron di sekitar

pusat atom mengakibatkan arus melingkar dan menyebabkan atom memiliki momenmagnetik. Molekul juga berputar yang menghasilkan momen magnetik.

Magnetisasi Body terletak pada medan magnet eksternal yang mengalami magnetisasi dariinduksi. Magnetisasi diukur dengan polarisasi magnetik M (atau dikenal dengan intensitasmagnetisasi atau momen dipol per unit volume). Satuan SI untuk magnetisasi ialah amper-meter^2 per meter^3 [=amper per meter (A/m)]

Untuk medan magnetik rendah, M sebanding dengan H dan searah dengan H. Derajat yangmenentukan tingkat kemagnetisasi dilambangkan dengan suseptibilitas magnetik k, yangdidefinisikan dengan

Suseptibilitas magnetik dalam emu berbeda dari unit SI dengan faktor 4, yai tu

Suseptibilitas merupakan parameter dasar batuan dalam prospektif magnetik, magnetikrespons dari batuan dan mineral ditentukan dari jumlahnya dan suseptibilitas materialmagnetik di dalamnya. Variasi suseptibilitas material dicantumkan pada tabel 3.1

Induksi magnetik B merupakan medan total, termasuk efek dari magnetisasi. Hal ini dapat

ditulis

Dimana H dan M (H dan M) berada pada arah yang sama. Satuan SI untuk B ialah Tesla=1newton/amper-meter= 1 weber/meter2. (Wb/m2). Satuan elektromagnetik unt uk B ialahGauss [10^- 4 tesla (T)]. Permeabilitas dari ruang hampa ialah o yang bernilai 4 x 10^ -7Wb/A- m. Pada vakum =1 dan di udara =1. Pada prospektif magnetik, kita mengukur Bsebesar 10^- 4 dari medan magnet bumi (sekitar 50 T). Satuan induksi ma gnetik yang umumdigunakan pada dunia geofisika ialah nanotesla (yang dilambangkan dengan gama )

Kita juga membahas flux magnetik atau gaya magnetik

Dengan A merupakan vektor area. Kemudian dengan A dan B adalah paralel,dengan B merupakan densitas flu magnetik. Satuan SI untuk flux magnetik ialah weber (=T-m2) dan satuan em ialah maxwell (=10^-8 Wb)

3.2.2. Hubungan B-H: Histeresis Loop


5/28

Hubungan antara B dan H dapat menjadi kompleks pada material ferromagnetik. Hal inidiilustrasikan pada gambar 3.2 pada siklus magnetisasi

Jika sampel demagnetisasi dikenakan pada peningkatan medan magnetisasi H, kita akanmendapat porsi pertama dari kurva dimana B meningkat dengan H sampai mengalami

pemampatan dari nilai maksimum sehingga B mengalamai saturasi. B bernilai positif saatH=0 dikenal dengan residual magnetisasi. Saat H berbalik arah, B akhirnya menjadi nol pada

beberapa nilai negatif dari H yang telah diketahui atau dikenal dengan gaya koersif. Sebagianlain dari histeresis loop didapat dari membuat H tetap bernilai negatif sampai saturasi terbaliksampai dan mengembalikan H ke nilai saturasi positif awal. Area di dalam kurvamerepresentasikan energi yang hilang per siklus per satuan volume sebagai hasil darihisteresis. Efek residual pada material magnetik akan dibahas lebih lengkap pada segmen3.3.6. pada beberapa material magnetik, B dapat berukuran lebih besar sebagai hasil darimagnetisasi sebelumnya yang tidak memiliki hubungan dengan nilai H yang sekarang.

3.2.3. Potensial Magnetostatik untuk Medan Dipol

Pada konsepnya potensial skalar magnetik A pada titik P merupakan kerja pada satuan kutub positif dari tak hingga melawan medan magnetik F(r). (pada chapter F, diindikasikan medanmagnetik lebih besar dari gaya, dan nilai =1). Saat F(r) mengarah kutub positif pada jarak r

dari P, maka


6/28

Bagaimanapun, kutub magnetik tidak dapat benar-benar ditentukan, kita hanya dapatmemperkirakan saja. Berdasarkan gambar 3.3, kita hitung A di titik eksternal

Kita dapat menentukan vektor F dengan menghitung gradien A [persamaan (A.17)]


7/28

Komponen radialnya adalah dan komponen angular ,

maka

Dimana m adalah magnitude momen dipole dan m=2lp

Persamaan (3.11) dan (3.13) dinyatakan pada persamaan (A.33)

Dengan satuan vektor r1 dan 1 merupakan arah dari peningkatan r dan (berlawanan arah jarum jam pada gambar 3.3). Magnitude resultannya ialah

Dan arah sumbu dipole nya ialah


8/28

Pada dua kasus spesial =0 dan /2 pada persamaan (3.12) disebut Gauss -A (end-on) dan

Gauss-B(side-on) posisi. Dari persamaan (3.12) maka

3.2.4 Anomali magnetik umum

Volume material magnetik dapat diasumsikan dengan keberagaman momen magnetik darisetiap atom dan dipole. Potensial skalar saat P (lihat gambar 3.3 dan persamaan 3.13) dengan

jarak dari dipole M (r>>1) ialah


9/28

Potensial pada seluruh bodi di titik luar bodi (gambar 3.4) ialah

Resultan medan magnet dapat diperoleh dari persamaan (3.11) dan (3.17), maka

Jika M adalah vektor konstan dengan arah ,maka operasinya

[Persamaan (A.18)] dan

Medan magnetik pada persamaan (3.20), maka total medan F adalahdengan arah Fe dan F(ro) tidak serupa. Jika F(ro) lebih kecil dibandingkan Fe atau jika boditidak memiliki residual magnetisasi, F dan Fe akan mengarah ke arah yang sama. DimanaF(ro) merupakan fraksi (25% atau lebih) dari Fe dan memiliki arah yang berbeda, komponenF(ro) pada arah Fe, Fd, menjadi [persamaan (3.20)]

Dimana f1 adalah vektor satuan dengan arah Fe (3.3.2a). Jika magnetisasi terinduksi oleh Fe,

maka

Masalah interpretasi magnetik jelas lebih kompleks dibandingkan dengan problem gravitykarena adanya medan bipolar (2.2.3)

Potensial magnetik A, seperti potensial gravitasi U, sinkron dengan persamaan Laplace danPoisson. Dengan metode persamaan derivatif (2.12) dan (2.13), kita dapat

P adalah kuat medan kutub positif per satuan volume pada titik a. Medan F memproduksireorientasi parsial sepanjang arah medah yang sebelumnya. Hal ini menyebabkan

berpisahnya kutub positif dan negatif. Contohnya, komponen x dari F yang terpisah diantara

kedua kutub +q dan q dengan jarak sepanjang sumbu x dan menyebabkan kuat kutub positif untuk masuk ke permukaan pada gambar A.2a.karena kuat


10/28


11/28

3. Variasi spasial dari medan utama, yang biasanya lebih kecil dari medan utama,mendekati konstan pada waktu dan jarak, dan disebabkan oleh anomali magnetiklokal dekat permukaan kerak bumi. Berikut merupakan target dari prospektif

magnetik.

3.3.2. Medan Utama

(a) medan magnetik bumi. jika batang besi yang belum termagnetisasi digantungkan pada pusat gravitasi, maka batang besi tersebut akan bergerak bebas ke semua arah, dan jika medan magnetik lainnya diabaikan, maka dapat diasumsikan arah medan magnetiktotal bumi. Arah tersebut biasanya tidak horizontal di sepanjang garis meridian geografis.Magnitud medan tersebut Fe, inklinasi (atau dip) batang dari horizontal, I , dan sudutnyadengan utara geografis (deklinasi), D, mendefinisikan medan magnetik utama.

Elemen Magnetik (Whitham, 1960) diilustrasikan pada gambar 3.5. Medan dapat jugadideskripsikan sebagai komponen vertikal Ze, dengan arah positif ke bawah, dankomponen horizontal He yang selalu bernilai positif, Xe dan Ye merupakan komponen


12/28

He, dengan nilai ke utara dan timur. Elemen tersebut saling berhubungan maka

Bagaimana dinyatakan sebelumnya, ujung dari jarum yang dips nya mengarah ke atas pada lintang utara atau kutub positif, dan ujung dari jarum yang mengarah ke bawah padalintang selatan merupakan kutub negatif.

Pada peta ditampilkan garis deklinasi, inklinasi, intensitas horizontal atau yang dikenaldengan peta isomagnetik (gambar 3.6). isogonic, isoclinic, dan peta isodynamic dandilambangkan dengan deklinasi D, inklinasi I dan nilai Fe, He, Ze. Dengan catataninklinasi ialah besar (dengan Ze>He) untuk mayoritas massa daratan bumi, yangkoreksinya tidak menjadi variasi lintang Fe dan Ze (=4nT/km) kecuali untuk survey yangmencakup rentang yang luas. Secara keseluruhan medan magnetik tidak mencerminkanvariasi pada permukaan geologi, seperti pegunungan, punggung laut, atau sabuk gempa,

jadi sumber medan utama berada pada lokasi di dalam bumi. Medan geomagnetikmenyerupai dipole kutub magnetik utara dan selatan yang berlokasi pada 75N, 101W dan69S,145E. Dipole berada sekitar 300 km dari pusat bumi menuju Indonesia dan sudutinklinasi sebesar 11.5 terhadap sumbu bumi. bagaimanapun medan geomagnetik lebih

rumit dibandingkan medan pada dipole sederhana. Titik dimana jarum dip vertikal kutubdip bekisar pada 75N,101W dan 67S,143E.

Magnitude Fe pada kutub magnetik utara dan selatan sebesar 60 dan 70 T. Nilaiminimum sekitar 25 T berada pada Brazil Selatan, Atlantik Selatan. Pada beberapalokasi, Fe lebih besar dari 300 T karena dekat dengan permukaan unit magnetik. Garisinklinasi nol (magnetik ekuator, dengan Z=0) tidak pernah lebih dari 15 derajat dariekuator bumi. Deviasi terbesar berada pada Amerika Selatan dan Pasifik Timur. PadaAfrika dan Asia sedikit lebih utara dari ekuator.

(b) medan utama origin. Analisis harmonik melingkar pada pengamatan medanmagnetik menyimpulkan bahwa 99% sumber berada di dalam bumi. Teori saat ini

menyatakan bahwa medan utama disebabkan oleh arus konveksi dari sirkulasi konduksimaterial pada inti luar yang bersifat liquid (pada kedalaman 2,800 sampai 5000 km). Inti bumi diasumsikan merupakan campuran dari besi dan nikel yang merupakan konduktoryang baik. Sumber magnetik diibaratkan sebuah dinamo yang mengkonduksi perpindahanfluida secara kompleks disebabkan oleh konveksi. Data paleomagentik menunjukkan

bahwa medan magnetik selalu kira-kira sepanjang sumbu putar bumi, yang mengartikan bahwa gerak konvektif digabungkan dengan putaran bumi.Saat ini eksplorasi medanmagnetik pada planet lain dan satelitnya menyediakan perbandingan yang menarikdengan medan bumi.


13/28


14/28

(c) Variasi Sekular medan utama . 400 tahun berlalu ilmu yang mempelajari medan

bumi telah berkembang. Sudut inklinasi telah berubah sekitar 10 derajat (75 ke 65) dan perubahan deklinasi sekitar 35 derajat (10 E ke 25 W dan kembali ke 10 W) selama durasitersebut.

Medan magnetik bumi juga berbalik arah beberapa kali. Waktu periodik untuk terjadi berbalik medan dikenal dengan magnetochromografi time scale.

3.3.3 Medan magnetik eksternal

Sebagian besar puing-puing medan geomagnetik muncul dengan asosiasi arus listrik pada batas terionisasi pada atmosfir bagian atas. Variasi waktu pada porsi ini tergolong lebihcepat dibandingkan dengan medan utama (permanen). Beberapa efeknya antara lain:

1. Siklus durasi 11 yang berkorelasi dengan aktivitas2. Variasi sinar matahari harian dengan periode 24 jam dengan rentang sekitar 30 nT

yang bervariasi dengan lintang dan musim, dan kemungkinan dikendalikan oleh angin

matahari pada arus ionosfer3. Variasi bulan dengan periode 25 jam dan amplitudo sebesar 2 nT yang bervariasisiklis sepanjang bulan dan berhubungan dengan interaksi bulan-ionosfer

4. Badai magnetik yang gangguan transien dengan ampitudo hingga 1000 nT padasebagian besar lintang dan bahkan lebih besar pada daerah kutub dimana berinteraksidengan aurora. Meskipun tidak menentu, hal tersebut sering terjadi pada interval 27hari dan berkorelasi dengan aktivitas sinar matahari. Pada puncak badai magnetik(yang berlangsung selama beberapa hari), penerimaan sinyal radio jarak jauhdipengaruhi dan pengamatan magnetik menjadi tidak praktis

Variasi waktu dan ruang pada medan utama bumi tidak berpengaruh secara signifikan pada prospektif magnetik kecuali pada keadaan badai magnetik. Variasi diurnal dapatdikoreksi dengan magnetometer base-stasiun. Variasi lintang (=4 nT/km) membutuhkankoreksi hanya untuk resolusi tinggi, lintang yang besar, atau survey skala yang besar.


15/28

3.3.4 Anomali Magnetik Lokal

Perubahan lokal pada hasil medan utama dari variasi pada kandungan mineral magnetik pada batuan dekat permukaan. Anomali tersebut kadang-kadang cukup besar untukmenggandakan medan utama. Hal ini biasanya tidka bertahan pada jarak yang jauh,kemudian peta magnetik umumnya tidak menunukkan fitur regional skala besar(meskipun Perisai Canadian, contohnya menunjukkan kontras magnetik pada WesternPlains / dataran barat). Sumber anomali magnetik lokal tidak berada pada lokasi yangsangat dalam, karena suhu dibawah 40 km harus diatas Curie Point, suhu yang (=550 C)

pada batuan yang kemagnetannya kecil. Demikian, anomali lokal harus terkait denganfitur diatas kerak.

3.3.5. Magnetisasi Batuan dan Mineral

Anomali magnetik disebabkan oleh mineral magnetik ( umunya magnetite dan pyrrhotite)yang terkandung pada batuan. Mineral magnetis penting secara mengejutkan jumlahnyasedikit. Substansi dapat dibagi atas dasar perilaku substansi tersebut pada medaneksternal. Substansi tersebut merupakan diamagnetik jika medannya didominasi olehatom dengan orientasi orbit elektron untuk melawan medan eksternal, yang jikamenunjukkan suseptibilitas negatif. Diamagnetis akan berlaku hanya jika momen netmagnetik dari setiap atom bernilai nol saat H sama dengan nol. Material diamagnetik

bumi yang paling umum adalah grafit, marble, kuarsa, dan garam. Saat momen magnetiktidak bernilai nol saat H sama dengan nol, suseptibilitas bernilai positif dan zat tersebutmerupakan paramagnetik. Efek dari diamagnetis dan kebanyakan paramagnetis ialahlemah.

Elemen paramagnetik tertentu seperti besi, kobalt, dan nikel memiliki interaksi magnetikyang kuat saat menyelaraskan dalam wilayah yang cukup besar yang disebut domain.Efek ini disebut dengan ferromagnetis dan bekisar 10^6 kali lipat dari efek diamagnetisdan paramagnetis. Ferromagnetis berkurang saat temperatur meningkat dan hilangsepenhnya saat temperatur Curie. Namun mineral feromagnetik sukar untuk ditemukan dialam.

Domain dalam beberapa material dibagi menjadi beberapa subdomain yang arahnya berlawanan sehingga momennya dihilangkan, meskipun hal tersebut dianggapferromagetik, nilai suseptibilitasnya relatif kecil. Zat tersebut dikenal denganantiferromagnetik. Contoh umunya adalah hematite.

Pada beberapa material, subdomain magnetik saling berlawanan tetapi net momennyatidak bernilai nol, baik karena salah satu set subdomain memiliki keselarasan magnetikyang kuat dibandingkan yang lain karena ada beberapa subdoain dari satu tipe denganyang lain. Zat ini dikenal dengan ferrimagnetik. Contoh pertama dari tipe tersebut antaralain magnetite dan titanomagnetit, oksida besi dan titanium. Pyrrhotite merupakan tipekedua mineral magnetik. Umumnya semua mineral magnetik merupakan ferrimagnetik.

3.3.6 Magnetisasi Remanen

Pada banyak kasus, magnetisasi batuan bergantung pada medan geomagnetik saatini dankandungan mineral magnetik. Magnetisasi residual (disebut natural remanentmagnetization, NRM) kerap berkontribusi untuk magnetisasi total, termasuk arah danamplitudo. Efek hal tesebut rumit karena NRM bergantung pada sejarak magnetik batuan.Magnetisasi remanen alami mungkin karena beberapa sebab. Antara lain:

1. Thermoremanen Magnetisasi (TRM), yang hasilnya saat material magnetikmendingin dibawah titik Curie di hadapan medan eksternal (biasanya medan bumi).


16/28

Arahnya bergantung pada arah pada medan saat waktu dan tempat batuan tersebutdidinginkan. Hal ini merupakan mekanisme umum untuk magnetisasi residual pada

batuan beku.2. Detrital Magnetisasi (DRM), yang terjadi selama pengendapan yang lambat pada

partikel halus-berbutir pada kehadiran medan eksternal. Lempung yang bervariasi

menunjukkan jenis remanen tersebut.3. Chemical Remanen Magnetisasi (CRM), yang lokasinya saat butir magnetik

bertambah ukurannya, atau berubah dari satu bentuk ke bentuk lain sebagai hasil darireaksi kimia di bawah titik Curie. Proses ini dapat terjadi secara signifikan pada

batuan sedimen dan metamorf.4. Isothermal Remanen Magnetisasi (IRM), yang residualnya tersisa mengikuti

pengurangan medan eksternal (gambar 3.2)5. Viscous Remanent Magnetisasi (VRM), yang dihasilkan dari eksposur panjang pada

medan eksternal

Ilmu yang mempelajari sejarah magnetik bumi (paleomagnetism) mengindikasikan bahwa

medan bumi memiliki magnitude yang bervariasi dan polaritas yang kerap berbalik arah(Strangway, 1970). Paleomagnetism membantu mengukur umur batuan dan mengetahui perubahan pergerakan pada masa lampau, seperti rotasi lempeng. Metode laboratorium paleomagnetik dapat memisahkan residual dari magnetisasi yang terinduksi yang tidakdapat dilakukan di lapangan.

3.3.7 Suseptibilitas Magnetik Batuan dan Mineral

Suseptibiltas magnetik merupakan variabel yang paling signifikan pada magnetik. Hal iniserupa dengan densitas pada interpretasi gravity. Meskipun alat instrumentasi tersediauntuk mengukur suseptibilitas di lapangan, alat tersebut hanya dapat digunakan untuksingkapan atau sampel batuan, dan beberapa pengukuran tidak terlalu membutuhkan nilai

suseptibilitas bulk.Dari gambar 3.2 nilai k tida konstan untuk material magnetik; jika H meningkat maka kikut meningkat dengan cepat mencapat nilai maksimum dan kemudian berkuran gmenjadinol. Karena mineral ferrimagentik, seperti magnetite merupakan sumber utama padaanomali magnetik lokal, ada beberapa hubungan kuantitatif antara suseptibilitas batuandan konsentrasi Fe3O4.

Tabel 3.1 mendata suseptibilitas magnetik pada setiap variasi batuan. Batuan sedimenmemiliki rata-rata suseptibilitas yang paling rendah sedangkan batuan beku memiliki rata-rata yang paling tinggi. Pada setiap kasus, suseptibilitas bergantung hanya pada jumlahmineral ferrimagnetik, umumnya magnetite, kadang-kadang titano-magnetite atau

pyrrhotite.


17/28

3.3.8 Pengukuran Suseptibiltas Magnetik

(a) Pengukuran k . Mayoritas pengukuran k melibatkan perbandingan antara sampeldengan standarnya. Metode laboratorium sederhana membandingkan defleksi yangdiproduksi pada tangent magnetometer dengan sampel yang telah disiapkan (baik inti bormaupun serpihan batuan dalam tabung). Suseptibilitas dari sampel dapat ditemukan dari

perbandingan defleksi

Dengan ds dan dstd merupakan defleksi dari sampel dan standarnya. Sampel harusmemilikki ukuran yang sama.

Metode perbandingan setara mengunakan jembatan induktansi (Hague, 1957) memiliki

beberapa kumparan inti udara dari penampang yang berbeda untuk mengakomodasisampel dengan ukuran yang berbeda. Sampel yang dimasukkan ke dalam salah satu


18/28

kumparan dan jembatan keseimbangan dibandingkan dengan jembatan keseimbanganyang didapat dari sampel standar yang terdapat dalam kumparan.

(b) Pengukuran Magnetisasi Remanen . Pengukuran suseptibilitas remanen secaraumum lebih rumit dibandingkan dengan k. Satu metode menggunakan magnetometerastatic, yang mengandung dua magnet yang momennya paralel satu sama lain pada

bidang horizontal yang sama dengan kutub yang berlawanan.

Instrumen lain yang digunakan untuk analisis komponen residual adalah magnetometerspinner. Sampel batuar diputar dengan kecepatan tinggi yang dekat dengan kumparan danarusnya merupakan arus AC. Fasa dan intensitas pada sinyal kumparan dibandingkandengan referensi sinyal dengan sistem rotasi. Momen total dari sampel didapat darimemutarnya dengan sumbu yang berbeda.

Instrumentasi kriogenik yang digunakan untuk menentukan dua sumbu magnetisasiremanen ditemukan oleh Zimmerman dan Campbell, 1975 dan Weinstock dan Overton,1981. Alat tersebut memiliki sensitifitas yang tinggi karena momen magnetik yang tinggidan nois/ gangguan yang rendah saat suhu superkonduksi.

3.4 Instrumen di lapangan untuk menghitung magnetic

3.4.1 Dasar

Biasanya sensitivitas instrument magnet adalah sekitar 1 dan 10 nT , dan jarang sekalitotalnya lebih dari 50,000 nT. Magnetometer mempunyai tingkat sensitivitas sebesar 0.001nT. Beberapa magnetometer menghitung medan absolute , meskipun hal ini bukan termasukdari keuntungan survey magnetic.

Instrument terus dikembangkan yang dari awalnya hanya dapat menghitung dip I dandeklinasi D sekarang dkembangkan untuk mengukur Z e dan H e. Dan instrument modern yang

paling sering digunakan sekarang adalah fluxgate , proton-precession, dan optical-pumpmagnetometer.

3.4.2 Fluxgate Manetometer

Alat ini awalnya dikembangkan saat Perang Dunia II sebagai pendeteksi kapal selam.Fluxgate magnetometer pada dasarnya terdiri dari inti dari bahan magnetik, seperti mu-logam, permalloy, atau ferit , yang memliki permeabilitas yang sangat tinggi di medanmagnetic rendah.

dalam desain yang paling umum, dua core yang masing-masing digulung dengan kumparan primer dan sekunder, dua rakitan yang sedekat mungkin identik dan dipasang paralelsehingga gulungannya akan berlawanan. Dua gulungan utama saling terhubung dan terenergidengan frekuensi rendah (50 sampai 1000 Hz) yang dihasilkan oleh sumber arus konstan.Arus maksimum cukup untuk memagnetisasi inti untuk bersaturnasi.

Efek dari saturnasi di elemen fluxgate diilustrasikan dalam Figure 3.7. di dalamketidakharian suatu medan magnetic ekstrnal , saturnasi dari inti akan simetris dan

berlawanan tanda dekat dengan puncak dari setiap setengahlingkaran , jadi output dari duagulungan sekunder akan gagal.


19/28

Untuk meningkatkan rasio signal-to-noise dalam perhitungan fluxgate , yang harus dilakukanadalah:

a. dengan sengaja mentidakseimbangan dua elemen, lonjakan tegangan yang hadir denganatau tanpa medan ambient.kehadiran medan bumi meningkatkan tegangan dari satu polaritas lebih dari yang lain dan

perbedaan ini terus diperkuat. b. karena harmonik ganjil dibatalkan dalam satu set core, harmonik genap diperkuat untuktampil sebagai sinyal positif atau negatif, tergantung pada polaritas medan bumi.

c. banyak dari medan ambient dibatalkan dan variasi sisanya terdeteksi dengan sekundertambahan berliku

d. umpan balik negatif dari output amplifier digunakan untuk mengurangi efek dari medanlistrik

e. dengan menyetel output dari gulungan sekunder dengan kapasitansi, harmonik keduasangat meningkat


20/28

ada beberapa sumber fundamental dari suatu eror di dalam instrument fluxgate yaitu yangmenjadi sifat dari dua inti , termal dan noise goncangan di dalam inti , drift di circuit biasing ,dan sensitivitas tempe rature ( 1nT/ C atau kurang ). Kerugian ini kecil dibandingkan dengankeuntungannya , tanpa orientasi azimuth , enteng (2 sampai 3 kg) , ukurannya kecil msensitivasnya beralasan.

3.4.3 Proton-Precession Magnetometer

Instrument ini dikembangkan dari penemuan tentang resonansi magnetic nuklir sekitar tahun1945.

Proton-precession magnetometer tergantung dari perhitungan frekuensi free-precessiondari proton (hydrogen nuclei) yang sudah terpolarisasi dalam arah aproximal normal kearahmedan bumi.

Saat polarisasi , medan mendadak bergerak , presesi proton di medan bumi berputar diatas.Analoginya ditunjukan di figure 3.9 .

Presesi proton saat di kecepatan angular atau yang dikenal sebagai frekuensi larmor precssion yang proporsional dengan medan magnet , jadi

adalah rasio gyromagnetic dari proton

Kita dapat mendeteksi medan magnet dengan :

Dimana


21/28

Komponen khas dari magnetometer ini adalah sumber dari proton , polarisasi medan magnetyang jauh lebih kuat dari bumi dan arahnya normal , coil pickup ditambah ke sumber,amplifier untuk meningkatkan waktu tegangan diinduksi dalam kumparan pickup, dan alat

pengukur frekuens.memiliki perbedaan frekuensi sebesar 0.4 Hz untuk sensitivitas instrument10 nT.

Skematik diagram dari magnetometer ini ditunjukan di figure 3.10

Perhitungan frekuensi bias didapatkan dengan menghitung siklus presesi dalam waktuinterval ang tepat atau dengan membandingkan mereka dengan frekuensi generator yangstabil.

Sensitivitas proton-precession magnetometer cukup besar yaitu sekitar 1nT. Kerugian darimagnetometer ini hanyalah total medan saja yang bias dihitung. Ini juga tidak dapat merekamsejara menerus karena membutuhkan waktu untuk membacanya.

Tapi proton-precession magnetometer sekarang adalah instrument dominan untuk aplikasi diground dan airborne.

3.4.4 Optically Pumped Magnetometer

Ragam dari instrument sainstifik dan teknik sudah dikembangkan menggunakan energy yangmenransfer electron atomic dari satu level energy ke lainnya. optically pumped magnetometeradalah salah satu dari aplikasinya. Prinsip kerja dari magnetometer ini digambarkan di figure3.11


22/28

untuk membuat perangkat ini menjadi magnetometer. perlu untuk memilih atom yangmemiliki sublevel energi magnetik yang sesuai spasi untuk memberikan ukuran medanmagnet lemah bumi

elemen yang telah digunakan untuk tujuan ini termasuk cesium, rubidium, sodium, danhelium.

pertama setiap tiga memiliki elektron tunggal di kulit terluar yang berputar sumbu terletak baik paralel atau antiparalel ke medan magnet luar,dua orientasi ini sesuai dengan A1 tingkat energi dan A2, adn ada perbedaan dari satukuantum momentum sudut antara paralel dan antiparalel. balok penyinaran adalah sirkulerterpolarisasi sehingga foton dalam berkas cahaya memiliki sumbu putar tunggal.atom dalam sublevel A1 yang dapat dipompa ke B mendapatkan onc kuantum oleh

penyerapan, sedangkan dalam A2 telah memiliki momentum yang sama dengan B dan tidakdapat melakukan transisi

figure 3.12 adala diagram seismatik dari rubidium-vapor magnetometer. Cahya dari Rb lampterpolarisasi sirkulasi menjad iluminasi sel vapour Rb setelah direfokuskan di photocell.Presensi frekuensi dihasilkan dari variable intensitas cahaya yang terkedipkan saatfrekuensilarmor. Jika signal photosell diperkuat dan dikembalikan ke kumparan pada sel, system coil-amplifier menjadi oscillator dimana frekuensi v adalah :

Karena adalah rasio gyromagnetic dari electron , dan dikenal sebagai sebuah presisi1bagian di 10 7 dan karena frekuensi tinggi relative terlibat , membuat hal ini tidak begitu sulituntuk menghitung varias medan magnet sekecil 0.01 nT dengan tipe magnetometer ini.


23/28

3.4.5 Gradiometer

Sensitivitas dari optically pumped magnetometer jauh lebih besar dari normalnya yangdibutuhkan untuk prospecting. Sejak tahun 1965 , optically pumped rubidium dan cesium-vapor magnetometer sudah ditingkatkan dan dipakai di gradiometer udara. Terdapat duadetector m yang vertical dan berjarak 35m , dan menghitung gradien total medan dF/dz.Sensitivitasnya di reduksi dengan pitch dan yaw dari dua burung. perbaikan besar dilakukanoleh survei geologi canada dengan mengurangi pemisahan vertikal untuk 1 hingga 2 m danmenggunakan koneksi lebih kaku antara pengukuran sensor gradien juga dibuat dalam surveitanahdua sensor pada staf dalam sistem scintrex MP-3 proton-magnetometer system.

3.4.6 perekaman instrument

Hasil dari magnetometer di udara ditunjukan/dibuat dengan pena recorder. Untukmendapatkan kedua sensitivitas yang tinggi dan jarak yang lebar , grafik akan membolakkembali sering untuk mencegah pena dari berjalan dari kertas. Sekarang perekamandilakukan secara digital , tetapi secara analogy , display atau tampilan jugadibuat saat survey.Beberapa instrumenjuga dapat merekam pembacaan magnetometer , koordinat stasiun ,koreksi diurnal ,geologi dan terrain data secara digital.

3.4.7 kalibrasi magnetometer

Magnetometer harus dikalibrasi dengan menempatkan mereka di orientasi variable medan

magnet yang pas atau mudah diketahui . kalibrasi yang dikenal adalah metode Helmholtz coil. dimana N adalah pasangan coil yang identik , I adalah arus , a adalah diameter cylinder.

I dalam microampere , H dalam nanotesla , a dalam meter. Karena H sangt bervariasi berdasarkan arusnya maka :

3.5 Operasi Medan


24/28

3.5.1. Pendahuluan

Eksplorasi magnetik dilakukan pada daratan, lautan, dan udara. Untuk area yang cukupluas, survey biasanya menggunakan magnetometer airborne.

Pada eksplorasi minyak, magnetisasi airborn (sepanjang permukaan gravitasi) dilakukan

sebagai awal pekerjaan seismik untuk mengetahui kedalaman, topografi, dan karakteristik batuan basement. Karena suseptibilitas batuan sedimen relatif kecil, maka respon batuan beku berada di bawah batuan sedimen.

Penyelidikan airborne pada mineral biasanya dikombinasikan dengan airborne EM.Metode ini biasanya tidak langsung, karena target utama nya ialah pemetaan geologi

bukan penyelidikan mineral.

3.5.2. Survey Magnetic Airborne

(a) pendahuluan . Di Kanada dan beberapa negara lainnya, pemerintah telah melakukansurvey untuk membuat peta aeromagnetik dengan skala 1 mile sampai dengan inch yangtersedia pada setiap nominal. Area yang luas di semua belahan dunia juga telah disurveyuntuk eksplorasi minya dan mineral.

Sensitivitas magnetometer airborne umumnya lebih besar dibandingkan denganeksplorasi di darat sekitar 0.01 nT berbanding 10 sampai 20 nT.

(b) Pemasangan Instrumentasi. Disamping untuk stabilisasi , ada beberapa problem saat pemasangan detektor sensitif magnetik di pesawat, karena yang terakhir memiliki medanmagnetik yang rumit. Detektor ditempatkan pada kontainer silindris atau yang dikenaldengan bird yang terhubung dengan kabel sepanjang 30 sampai 150m. Bird kira-kira

berada sejauh 75m lebih dekat dengan tanah dibandingkan dengan pesawat. Dandigambarkan pada gambar 3.13


25/28


26/28

(c) Stabilisasi. Karena magnetometer presisi-proton dan pompa optik mengukur medantotal, problem orientasi stabil pada elemen adalah minor. Sinyal amplitudo menjadisekitar 5 derajat. Stabilisasi dari magnetometer fluxgate lebih sulit, karena elemensensornya harus tepat pada sumbu F

(d) Pola penerbangan. Survey aeromagnetik hampir selalu mengandung garis paralel(gambar 3.13c) terletak dimana saja dari 100 m sampai beberapa kilometer jauhnya.Ketinggian biasanya secara terus menerus direkam oleh radio atau altimeter barometric.Hal tersebut merekam perubahan medan bumi terhadap waktu dengan memasangmagnetometer di tanah.

Survey drape / menggantung. Yang menghitung konstanta mengikuti topografi yang biasanya menggunakan helikopter. Kerap kali diasumsikan bahwa survey drapememinimalisir efek medan magnetik, tetapi Grauch dan Campbell (1984) membantahnya.Menggunakan model magnetisasi gunung yang serama dengan empat profil (satu level,dan yang lainnya pada daratan yang berbeda) akan menampilkan efek medan.Bagaimanapun Grauch dan Campbell merekomendasikan survey drape dengan level

penerbangan yang tinggi, karena senstitifitas yang tinggi terhadap target yang kevil.Kekurangan survey ialah biayanya yang mahal, probelm operasioal, serta teknikinterpretasi yang kurang mumpuni.

(e) Efek variasi jalur penerbangan. Perbedaan altitude antara batas terbang dapatmengakibatkan pola herringbone pada data magnetik. Bhattacharyya (1970) mempelajarieror dari deviasi penerbangan melalui target tanggul ideal (prisma)

(f) lokasi pesawat. Metode sederhana dari menentukan lokasi pesawat di setiap waktudengan ptokan lokasi tanah, bertujuan agar pilot dapat mengontrol jalur penerbangannyadengan menggunakan fotografi aerial, ketika kamera mengambil gambar pada klise filmuntuk menentukan lokasinya kemudian. Foto dan data magnetik akan secara simulkandiinput ke dalam interval.(g) Koreksi data magnetik . Data magnetik dikoreksi terhadap drift, ketinggian, dan

perbeedaan lokasi pada perpotongan garis pada akar terkecil. Koreksi alat biasnaya bukanmerupakan masalah penting, terutama dengan proton dan magnetometer pompa optikyang pengukurannya menghasilkan nilai yang absolut.

Nilai dari medan magnet bumi biasanya dikurangi dari nilai pengukuran, medan bumi biasanya telah dimodelkan pada International Geomagnetic Reference Field (IGRF).

Magnetometer pada stasiun base sering digunakan untuk mengukur pengaruh variasidiurnal. Perubahan posisi gradiometer horizontal membantu untuk mengurangi secara

secapt variasi temporal; pengukuran gradien tidak mencantumkan efek diurnal.(h) kelebihan dan kekurangan magnetik airborne. Survey airborne sangat mumpuniuntuk melaukan pengintaian karena biaya yang murah per kilometer (pada tabel 1.2) dankecepatan yang tinggi. Kecepatan tidak hanya mengurangi biaya, tapi juga mengurangi

pengaruh dari variasi waktu terhadap medan magnetik. Data yang didapat akan lebihhalus dengan tahap interpretasi yang lebih mudah. Akhirnya, aeromagnetik dapatdigunakan di atas air dan di daerah yang tidak dapat ditempuh melalui jalur darat.

Kekurangan dari aplikasi magnetik airborne ialah pada eksplorasi mineral. Biayaoperasional yang tinggi untuk melakukan survey area yang kecil. Redaman fitur dekat

permukaan cenderung menjadi target dalam survey yang menajdi keterbatasan dalam

eksplorasi mineral.3.5.4 survey magnetic tanah


27/28

(a) dasar . Survey magnetic di tanah atau daratan sekarang hampir pasti menggunakanmagnetometer proton-precession portable. Aplikasi utamanya untuk mensurvey mineralsecara detail , magnetic tanah juga dapat digunakan untuk menindaklanjuti geokimia untuk

peninjauan base-metal. Jarak antar stasiunnya baisanya 15 sampai 60 m. Sekarangkebanyakan survey daratan/tanah menghitung total medan, tetapi komponen vertical

instrument fluxgate juga digunakan , terkadang perhitungan gradiometer juga dibuat.(b) koreksi. dalam pekerjaan yang tepat, baik pembacaan ulang harus dilakukan setiap

beberapa jam di sebuah stasiun sebelumnya diduduki atau magnetometer rekaman basestation harus dipekerjakan . Ini memberikan koreksi untuk variasi diurnal dan tidak menentudari medan magnet

Namun tindakan pencegahan seperti tidak perlu yang paling prospeksi mineral karenaanomali besar ( >500nT ).

Terlepas dari efek diurnal , reduksi / koreksi membutuhkan data yang signifikan. Variasigradien vertical dari aprroximal , 0.03 nT/m di kutub , 0.01 nT/m di ekuator magnetic.Variasi lintang > 6 nT/km

Topography bisa berpengarung dalam magnetic tanah tetapi tergantung dengan beberapasituasi, ada hal yang membuat topography tidak terlalu berpengaruh ( contohnya , formasisedimen dengan susceptibilitas rendah) dimana tidak ada distorsi medan yang teramati.

Koreksi medan dapan mereduksi hasil perhitungan untuk permukaan yang tidak teratur ,menggunakan series taylor :

3.5.5 survey gradiometer

Gradien dari F biasanya dihitung dari peta kontur magnetic dengan bantuakn dari template.

manfaatnya yang cukup besar dalam mengukur gradien vertikal langsung di lapangan.Dengan sensitivitas instrument 1 nT m dan perbedaan elefasi 1 m , vertical gradiennya adalah

Dimana F1 dan F2 adalah pembacaan dari elevasi tertinggi dan terendah , sedangkan zadalah jarak pemisahan.

Diskriminasi antar anomaly ditingkatkan di perhitungan gradien. Efek dari variasi diunaldapat diminimalisir , dimana ini adalah keuntungan dari lintang tinggi magnetic. Estimasikedalaman yang baik bisa didapat dari profil pertama vertical-derivative. Untuk kontakvertical , setengah dari pemisahan antara hasil maximum dan minimum sama dengankedalaman. Perhitungan gradiometer juga dapat dipakai untuk mengkalkulasi medan yangkontinu.

Menurut Hood dan McClure tahun 1965 , perhitungan gragiometer daratan / tanah bisadipakai untuk mencari deposit emas di barat Canada. Gradiometer juga dapat digunakanuntuk mencari suts arkeologi dan artefak, dan mempetakan struktur tempat pengendapan

batuan .

pengaturan ini memungkinkan penghapusan variasi temporal yang cepat sehingga anomalispasial kecil dapat diartikan dengan keyakinan yang lebih tinggi


28/28

Mata Kuliah Gaya Berat dan EMProgram Studi Teknik Geofisika

Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan

TUGAS RANGKUMAN

METODE MAGNETIK

Oleh

MUHAMMAD IQBAL TAWAKKAL S3112003

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2014

Documents

Metode magnetik.pdf