## APLIKASI METODE SEISMIK REFRAKSI UNTUK LINTASAN TEROWONGAN. STUDI KASUS WILAYAH “SMBR”
Moch Lutfi Zakaria 1 , Dwa Desa Warnana 1 , Amien Widodo 1 , dan Nefrizal 2
1 Departemen Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil, Lingkungan dan Kebumian Institut Teknologi Sepuluh Nopember
2 PT. Elnusa Tbk e-mail: lutfizakaria25@gmail.com
Abstrak. Metode  seismik  refraksi  telah  banyak  digunakan  untuk  rekayasa  bawah  permukaan  dalam mengidentifikasi  struktur  dan  stratigrafi  dengan  memanfaatkan  perbedaan  elastic  properties  pada batuan.  Pada  penelitian  seismik  refraksi  diterapkan  untuk  analisa  bawah  permukaan  dalam  penentuan jalur  terowongan.  Terowongan yang  direncanakan  melewati perbukitan  di  wilayah SMBR  sangat  penuh dengan  resiko  geologi  seperti  adanya  struktur  dan  zona  weathering  layer.  Panjang  lintasan  akuisisi  ini sepanjang 1800 m dengan 38 titik tembak. Dari hasil pengolahan data diperoleh 3 buah lapisan, Lapisan pertama  adalah  soil  atau  tanah  residual  dengan  rentang  velocity  300-1200  m/s,  pada  lapisan  kedua terdapat  sandstone  dengan  rentang  nilai  velocity  1800  –  3100  m/s  dan  pada  lapisan  ketiga  terdapat lapisan siltstone dengan rentang 2400-4400 m/s. Selain itu terdapat struktur berupa patahan pada meter ke  -1105.  Berdasarkan  data  bor  sampai  kedalaman  50  m  dominan  terdapat  sandstone  sehingga  sering terjadi lose. Dengan mengetahui kondisi bawah permukaan diharapkan proses konstruksi menjadi lebih efektif dan menurunkan risiko kecelakaan kerja.
Kata Kunci: Seismik Refraksi, Terowongan, Velocity Layer
Abstract. Seismic refraction methods have been widely used to analyze some of the elastic properties of rocks. In this study, improvements were made to the subsurface analysis in determining the tunnel path. The tunnel that is separated in the hills in the area of SMBR is very complete with geological risks as well as zone structure and weathering layers. The length of this line is 1800 m long with 38 shoot points. From the  data  processing  obtained  3  layers,  the  first  layer  is  the  ground  or  residual  soil  with  a  velocity  of around 300-1200 m / s, in the second layer there is sandstone with an average velocity range 1800 - 3100 m / s and on the layer of soil there is a layer siltstone with range 2400-4400 m / sec. In addition there is a fracture structure on 1105. Based on borehole data with a depth of 50 m dominant there is sandstone, often  a  loss.  By  knowing  the  subsurface  condition  is  expected  to  make  the  construction  process  more effective and reduce the risk of work accident.
Keywords: Refraction Seismic, Tunnel, Velocity Layer

## PENDAHULUAN
Rekayasa  bawah  permukaan  untuk  mengetahui geologi  struktur  dengan  menggunakan  metode geofisika  merupakan  salah  satu  cara  yang  efektif karena  bersifat  tidak  merusak.  Metode  geofisika yang  dulu  digunakan  oleh  ahli  geologi  untuk mendapatkan  sumber  daya  alam  sekarang  telah berkembang  secara  luas  dan  banyak  digunakan untuk  analisa  geoteknik  dalam  pencegahan bencana alam dan perlindungan lingkungan. Selain digunakan  untuk  mengetahui  lapisan  bawah permukaan  penggunaan  lainnya  adalah  untuk menentukan  karakteristik  fisik-mekanis  batuan seperti  determinasi  kekakuan  (stiffness)  lapisan bawah  tanah  (Menzies  dkk.,  2000).  Determinasi nilai stiffness diperlukan pada pekerjaan konstruksi
untuk  mencegah  lapisan  bawah  tanah  atau  massa batuan mengalami displacement.
Metode  seismik  refraksi  dapat  menjadi  salah satu  solusi  untuk  menentukan  stiffness  (Jurić- Kaćunić  dkk.,  2011).  Konsep  dasar  metode  seismik refraksi  adalah  perbedaan  elastic  properties  pada batuan  dan  lapisan  tanah.  Kelebihan  dari  metode seismik  refraksi  adalah  dapat  mendeteksi  lapisan dangkal.  Metode  ini  dapat  menganalisis  ketebalan lapisan  penutup  dan  lapisan  yang  renggang, mengklasifikasi  batuan  yang  ada  di  sekitar terowongan  dan  mengetahui  zona  rekahan(Hai- hong dan Wei-wei, 2016).
Daerah  penelitian  melewati  3  buah  formasi geologi yang berbeda diantaranya :
Tob  adalah  formasi  brani  dimana  formasi  ini didominasi  oleh  batuan  sedimen.  Pada  formasi  ini terdapat  konglomerat  dengan  warna  cokelat keunguan,  berukuran  kerikil  (4-64mm)  sampai kerakal  (64-256  mm).  dengan  aneka  fragemen berupa  andesit,  batu  gamping,  batu  sabak  dan argilit,  granit,  kuarsit,  kadang-kadang  “arkosic gritsand”  yang  berbutir  kasar,  terpilah  buruk, menyudut-membundar  tanggung,  padat,  keras sampai dapat diremas dan umumnya tidak berlapis. Umur  formasi  ini  diperkirakan  sama  dengan Formasi  Sangkarewang  dengan  hubungan  antar formasi  berupa  hubungan  menjemari,  dengan umur yaitu Paleosen hingga Eosen.
Qal  merupakan  jenis  alluvium  sungai  yang terdiri  dari  batu  lempung,  batu  pasir,  kerikil bongkahan  batu  beku  dan  kuarsit.  Pada  peta formasi ini ditunjukkan dengan warna putih.

## PCkq  merupakan  anggota  bawah  formasi
Kuantan  dimana  pada  formasi  ini  terdapat  Kuarsit, batupasir  kwarsa  dengan  sisipan  filit,  batu  sabak, serpih,  batuan  gunung  api,  tuf  klorit,  konglomerat dan rijang.
Terdapat  2  buah  batuan  berbeda  yakni  batuan sedimen  pada  formasi  Brani  (Tob),  Alluvium  dan batuan  metamorf  (PCKq).  Pada  formasi  Tob  dan PCKq  terjadi  ketidak  selarasan  karena  terjadi perubahan  umur  yang  lama.  PCKq  berumur Permian  Karbon  dan  Tob  berumur  Tersier. Berdasarkan jenisnya ini termasuk dalam nonconformity  karena  adanya  lapisan  batuan sedimen yang menumpang pada batuan metamorf. Proses  terbentuknya  ketika  ada  batuan  sedimen dengan  batuan  metamorf.  Suatu  saat  proses sedimentasi  berhenti  untuk  waktu  yang  lama sehingga  perlapisan  tersebut  tererosi  sampai tersingkap  batuan  metamorf.  Kemudian  proses sedimentasi  berjalan  lagi  sehingga  dihasilkan metamorf dengan bagian atas tampak tererosi dan ditumpangi suatu lapisan batuan sedimen.

## METODOLOGI
Desain  akuisisi  seismik  refraksi  pada  penelitian ini  memiliki  panjang  lintasan  1800  m.  Dengan  tail
600  m  disamping  kiri  dan  kanan  lintasan.  Fungsi dari  tail  adalah  untuk  menghilangkan  blank  area bawah  permukaan  di  posisi  geophone  pertama. Terdapat  berbagai  macam  konfigurasi  untuk akuisisi data ada bentuk split spread, push end, pull end  dan  custom.  Pada  penelitian  ini  digunakan metode asymmetric split spread. Istilah asymmetric digunakan  karena  jarak  antar  CMP  (Common  Mid Point)  tidak  seimbang  seperti  pada  gambar  1. Metode  asymmetric  lebih  efektif  dilakukan  untuk survei  seismik  refraksi  karena  yang  bergerak  lebih dominan adalah shot point.
Symmetrical Split Spread Asymmetrical Split Spread
SHOT POINT
GEOPHONE
Gambar 1 Perbedaan antara symmetrical split spread dan asymmetrical split spread. Garis hitam menunjukkan arah penjalaran sinar gelombang. (dok. penulis)
Untuk  memudahkan  penomoran  digunakan labelling  dengan  trace  number.  Labelling  pada setiap  trace  dimulai  dari  angka  1000,  misal  untuk trace  ke  1  berarti  dimulai  dari  1001.  Hal  ini  untuk memberikan kemudahan apabila diperlukan tambahan trace sebelum trace ke 0. Sehingga trace tersebut  tidak  memiliki  nilai  negatif.  Setiap  trace mewakili 1 buah geophone. Jarak antar setiap trace adalah  10  m  dan  jarak  titik  tembak  (shot  point) berjarak  setiap 5  buah trace.  Pada  gambar  2  trace geophone  disimbolkan  dengan  bendera  biru  dan untuk  SP  disimbolkan  dengan  bendera  merah. Geophone  yang  sudah  terpasang  disambungkan dengan WRU. Fungsi dari WRU untuk mentransmisikan  data  yang  diperoleh  dari geophone.  Dalam  setiap  lintasan  terdapat  satu buah  LIU  yang  menerima  data  dari  WRU.  Dari  LIU data akan terkumpul dalam Labo.
Data - data seismik yang diperoleh diidentifikasikan  posisi  setiap  geophone  dan  posisi sumber seismiknya dengan cara mengedit ataupun membuat  geometri,  sehingga  dapat  dikenali  oleh komputer  sebagai  satu  kesatuan  database.  Proses
editing geometri dapat dilakukan di lapangan (pada saat  survei  dilakukan)  dan  di  evaluasi  kembali sebelum  diproses.  Pada  lintasan  2D  selain  data koordinat Easting dan Northing perlu juga diketahui kondisi ketinggian masing masing geophone karena dalam  processing  faktor  topografi  mempengaruhi nilai inversi
WRU
GEOPHONE SHOT POINT TRACE

## NUMBER
Gambar 2.  Susunan konfigurasi pemasangan geophone selama akuisisi data. Geophone yang digunakan adalah single geophone (dok. penulis)
Gambar 3. Topografi daerah SMBR yang ekstrim akan mempengaruhi hasil inversi
Data  sinyal  yang  diperoleh  dari  lapangan  tidak selalu jernih sehingga diperlukan proses pengolahan  sinyal  pada  saat  processing.  Filtering berguna untuk menghilangkan noise yang menutupi  sinyal  seperti  adanya  aktivitas  disekitar geophone  ataupun  noise  yang  disebabkan malfungsi  dari  alat  (Nurdiyanto  dkk.,  2011). Terdapat  4  jenis  filtering  yang  dapat  digunakan pada  pengolahan  data  sinyal  antara  lain  low-pass filtering, high-pass filtering, band-pass filtering dan
band reject-filtering. Penggunaan filtering disesuaikan  dengan  kondisi  data,  tapi  yang  paling umum digunakan adalah band-pass filtering. Proses filtering dengan menggunakan metode bandpass  akan  meloloskan  sinyal  yang  berada  di dalam ‘trapesium’ bandpass.
Gambar 3. Topografi daerah SMBR yang ekstrim akan mempengaruhi hasil inversi
Gambar4.  Data seismik sebelum difilter
Gambar 5. Data seismik setelah difilter. Kotak berwarna merah menunjukkan perbedaan yang jelas antara data sebelum dan sesudah difilter
Inversi  adalah  proses  curve  fitting  antara  data observasi  dengan  data  kalkulasi.  Pada  seismik refraksi data yang berupa wiggle  dilakukan picking untuk  memperoleh  travel  time.  Dari  proses tersebut  diperoleh  nilai  dalam  bentuk  ms.  Dengan menggunakan  Persamaan  inversi  bisa  didapatkan nilai velocity dari setiap layer. Metode inversi yang bisa  dipakai  ada  beberapa  macam  diantaranya Smoothness Constrained, Occam, Marquadt, Focused dan Block. Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah Smoothness Constrained. Metode inversi  smoothness  Constrained  menggunakan prinsip least square inversion dengan menambahkan operator penghalus atau smoothing.  Hasil  dari  algoritma  ini  menghasilkan citra  yang  halus  tanpa  batas  tegas  dan  distribusi parameter  yang  stabil.  Matriks  Persamaan  dari jenis inversi ini adalah sebagai berikut :
(A T W T WA + Μc T C)∆m = A T W T ∆f
Dimana A   = Matriks Jacobian;
C  = Operator smoothing;
W  =  Matriks  yang  berisi  eror  relative terhadap data observasi;
m  = Parameter section;
T  = Parameter regulasi
f   = Discrepancy vector (Perbedaan vektor) antara data kalkulasi dan observasi.
Berdasarkan  Persamaan  tersebut  dapat  diketahui bahwa  kontras  model  tidak  diminimalisir  selama proses inversi. Dengan algoritma ini memungkinkan untuk  menerima  nilai  misfit  yang  minimum.  Pada kebanyakan  kasus  metode  ini  digunakan  untuk langkah awal interpretasi (Zond, 2016).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  hasil  inversi  seismik  refraksi  pada lintasan  SMBR  seperti  ditunjukkan  pada  gambar  9 diperoleh  nilai  velocity  layer  yang  bervariasi. Lapisan pertama terindikasi sebagai soil atau tanah
residual  dengan  nilai  velocity  300-900  m/s  dengan kedalaman berkisar pada 10 – 15 m. Pada gambar 9 lapisan residual ditunjukkan oleh warna hitam dan biru  gelap.  Pada  lapisan  kedua  terindikasi  sebagai sandstone  dengan  rentang  nilai  velocity  1800  – 3100  m/s  (Barton,  2007).  Dan  pada  lapisan  ketiga terdapat  lapisan  siltstone  dengan  rentang  2400- 4400  m/s.  Keberadaan  zona  anomali  ditandai dengan penurunan nilai velocity yang drastis, hal ini bisa  diindikasikan  pengaruh  patahan,  rekahan, ataupun kontak batuan. Pada daerah anomali yang ditunjukkan  pada  gambar  8  harus  diperhatikan secara  khusus  dikarenakan  nilai  velocity  yang rendah  merupakan  tanda  bahwa  batuan  tersebut termasuk batuan yang lunak.
Pada penelitian ini selain menggunakan metode seismik  refraksi  untuk  menunjang  interpretasi dilakukan  bor  geoteknik  dengan  kedalaman  50 meter.  Untuk  pengeboran  titik  pertama  dilakukan pada  trace  ke-1006.  Pengeboran  pada  titik  BH1 diperoleh  beberapa  lapisan.  Lapisan  pertama adalah soil dengan kedalaman 0-2 m. Lapisan kedua adalah silt dengan gravel pada kedalaman 2 sampai 11  m.  Lapisan  ketiga  berupa  sandstone  pada kedalaman  11  –  37  m.  Lalu  terdapat  lapisan lempung  pada  kedalaman  37  -  42  m  dan  sisanya sandstone pada kedalaman 42 – 50 m. Pada titik ini lapisan  soil  terkorelasi  dengan  nilai  velocity dibawah  1000  m/s.  Pada  lapisan  kedua  atau  silt memiliki  velocity  yang  lebih  rendah  yakni  sekitar 1200  –  1400  m/s.  Hal  ini  bisa  disebabkan  karena adanya  weathering  zone.  Lapisan  ketiga  terdapat sandstone  yang  telah  terkorelasi  dengan  nilai velocity  1800  –  2800  m/s.  Pada  lapisan  keempat terdapat  batuan  lempung  yang  mana  dari  data seismik  tidak  terbaca,  hal  ini  karena  clay  memiliki nilai  velocity  lebih  rendah  dibandingkan  dengan sandstone  yang  ada  di  atasnya,  kasus  seperti  ini dalam metode seismik refraksi disebut dengan zona low velocity layer.

## Gambar 6. Penampang hasil

## SIMPULAN
Berdasarkan  analisa  dan  pengolahan  data seismik refraksi diketahui bahwa daerah penelitian didominasi  oleh  lapisan  batuan  dengan  velocity yang  sangat  tinggi.  Pada  lokasi  tertentu  terdapat penurunan  velocity  yang  diindikasikan  sebagai patahan  sehingga  pada  saat  pembangunan terowongan perlu dilakukan perkuatan
terowongan.  Untuk  mengetahui  jenis  perkuatan yang sesuai diperlukan adanya informasi tambahan mengenai  kecepatan  geser  (Vs)  batuan  sehingga diperlukan  penelitian  lebih  lanjut  dengan  metode MASW  (Multichannel  Analysis  Surface  Waves), serta  untuk  mengetahui  adanya  deformasi  atau kontak  batuan  saat  dilangsungkan  konstruksi terowongan  perlu  dilakukan  TSP  (Tunnel  Seismic Prediction).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada PT Elnusa Tbk, selaku perusahaan yang  bersedia  memberikan  kesempatan  untuk melaksanakan  penelitian  serta  arahan  dan bimbingan  yang  diberikan  selama  mengerjakan
penelitian ini, Yang kedua penulis juga mengucapkan terimakasih kepada HAGI (Himpunan Ahli  Geofisika)  yang  memberikan  dukungan finansial selama penulis berada di lokasi penelitian. Dan  yang  terakhir  untuk  dosen  di  Departemen Teknik  Geofisika  yang  senantiasa  memberikan bimibingan selama proses pengerjaan.

## DAFTAR PUSTAKA
Barton,  N.  (2007),  Rock  quality,  seismic  velocity,
attenuation and anisotropy, CRC press.
Hai-hong,  D.  dan  Wei-wei,  J.  (2016),  Application  of Geophysical Methods in Tunnel Exploration,.
Jurić-Kaćunić, D., Arapov, I. dan Kovačević, M.S. (2011), "New approach to the determination of stiffness of carbonate  rocks  in  Croatian  karst",  Gra\d  jevinar, Vol.63, No.02., hal. 177–185.
Menzies,  B.K.,  Saxena,  K.R.  dan  Sharma,  V.M.  (2000), "Near-surface  site  characterisation  by  ground stiffness  profiling  using  surface  wave  geophysics", dalam  Instrumentation  in  Geotechnical  Engineering, Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd, hal. 43–71. Nurdiyanto, B., Hartanto, E., Ngadmanto, D., Sunardi, B. dan  Susilanto,  P.  (2011),  "PENENTUAN  TINGKAT KEKERASAN  BATUAN  MENGGUNAKAN  METODE
SEISMIK REFRAKSI", Jurnal Meteorologi dan Geofisika,
Vol.12, No.3. Diambil dari http://202.90.199.54/jmg/index.php/jmg/article/vie w/03. Zond  (2016),  "Inversion",  dalam  Program  of  two dimensional seismic data processing and interpretation  (surface,  borehole  and  marine variations)  Module:  correlation  method of
refracted  waves –  layered  medium,  MASW, amplitude inversion, anisotropy , Zond Geophysical Softtware, hal. 60–63 .
------------------------------
.