Senin, 12 Januari 2015

VARIASI NILAI MEDAN GRAVITASI TERHADAP ELEVASI TITIK PENGUKURAN DI PERMUKAAN BUMI (Studi Kasus wilayah DKI Jakarta)


file ini merupakan intisari dari tugas Pemodelan Inversi Geofisika; menggunakan MATLAB.
Jakarta, 12 Januari 2014.


PENDAHULUAN
Ada beberapa Metode Geofisika yang bisa kita pergunakan dalam upaya mempelajari karakter fisis dari Bumi kita. Salah satu metode Geofisika tersebut adalah Metode Gravitasi, yang diidasarkan pada pengukuran variasi medan Gravitasi Bumi.
Variasi gravitasi terjadi karena distribusi massa jenis batuan yang tidak merata yang dapat diakibatkan karena adanya jebakan tambang, struktur batuan, pola struktur aktif, dan penyebab lainnya. Variasi ini juga bisa terjadi karena adanya perubahan massa di dalam bumi sebagai fungsi dari waktu seperti pengambilan air tanah yang berlebihan , adanya konsolidasi alamiah dari lapisan tanah, serta keluarnya gas dan lumpur secara massive dari dalam tanah kepermukaan. Adanya variasi massa akan menimbulkan medan gravitasi yang tidakmerata pula, dan variasi inilah yang terukur di permukaan Bumi, yang terwujud dalam hasil pengukuran nilai G observasi.


PERMASALAHAN
Secara teoretis, prinsip dasar Metode Gravitasi berlandaskan pada Hukum Gravitasi Umum Newton (1687) yang menyatakan bahwa gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik-menarik yang besarnya berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.
F= - G (M m/ r^2)
Dengan, G adalah Konstanta Gravitasi Universal (6,67 x 10^-11 Nm^2 kg^-2

M m adalah Massa Bumi dan massa benda dan r adalah jarak Antara pusat kedua benda.
Nampak bahwa kuadrat jarak merupakan factor yang juga berpengaruh dalam menentukan besarnya nilai Gravitasi di suatu titik terukur di permukaan Bumi. Secara Teoretis, kuadrat jarak r berbanding terbalik dengan besarnya gaya F; berarti semakin tinggi suatu titik di permukaan Bumi, semakin kecil harga nilai medan Gravitasinya. Apakah benar demikian, berlaku untuk semua titik pengukuran di permukaan Bumi ?

HIPOTESA

Penulis yang juga peneliti, di sini menggunakan data hasil pengukuran di lapangan untuk membuktikan hipotesa awal bahwa besarnya nilai Gravitasi akan bervariasi tergantung nilai Elevasi sebagai representasi dari kuadrat jarak r dari pusat Bumi. Data yang digunakan adalah hasil dari salah satu pengukuran besar nilai G Obs di wilayah provinsi DKI Jakarta. Data dalam tahapan pengolahan dengan software Matlab adalah data yang telah disortir dengan range elevasi dari 10 m s/d 65 m.

Berikut merupakan sebagian data dari data lengkap hasil pengukuran G Obs pada wilayah Provinsi DKI Jakarta. Secara Astronomis, wilayah Penelitian mencakup 6.08768 LS s/d 6.36281 LU dan 106.6885 BT – 106.9711 BT



Ketinggian
G Obs
65
978131
69
978128.5
64
978129.4
56
978130.8
59
978128.9
50
978128.2
48
978126.9
40
978128.9
35
978128.9
36
978130.8
31
978132
30
978133.1
28
978132.7
32
978133.4
25
978135
22
978136.2
23
978136
17
978138.6
26
978139.9
17
978141
10
978143.5
10
978145
19
978135.6
16
978141
24
978142.9
23
978142.9
16
978145.5
24
978144.6
26
978144.6
35
978143.1
25
978144.9
16
978140.1
16
978138.9
9
978139.7
6
978141.7
5
978142.6
6
978143.6
5
978144.3
 
Luasan wilayah penelitian nilai G Obs ini saya tampilkan pada gambar berikut, dengan kisaran 6.08768 LS s/d 6.36281 LU dan 106.6885 BT – 106.9711 BT   :



SCRIPT MATLAB (Untuk DATA Sortiran):

%Variasi nilai G obs terhadap Elevasi
%Alexander Felix Taufan Parera

clear all;
clc;
%data
h = [65 69 64 56 50 40 35 30 25 17 10];
Gobs = [978131.0402 978128.4676 978129.4194 978130.8308 978128.8560 978128.8557 978128.8830 978133.0763 978134.9827 978138.6167 978143.4543];

% Plot data observasi
plot(h,Gobs,'*r');
grid on
xlabel('Ketinggian (m)');
ylabel('Nilai Gravity Observasi (mgal)');
title('\fontsize{14}Variasi Nilai Gravity Obsevasi vs Ketinggian');

% Membentuk matrik kernel G dan vektor d
n = length(h);
for k = 1:n
    G(k,1) = 1;
    G(k,2) = h(k);
    G(k,3) = h(k).^2;
end
d=Gobs';
%perhitungan inversi
m = inv(G'*G)*G'*d;

%menampilkan hasil inversi
a=m(1);
b=m(2);
c=m(3);
fprintf('Konstanta a = %.5f \n', a)
fprintf('konstanta b = %.5f \n', b)
fprintf('Konstanta c = %.5f \n', c)

% Plot hasil inversi (berupa garis polinomial)
hold on;
hh=min(h):1:max(h);
gg = m(1)+m(2)*hh+m(3)*hh.^2;
plot(hh,gg,'-b');

setelah di running, di dapat nilai a, b, dan c seperti berikut :

Konstanta a = 978150.76228
konstanta b = -0.84783
Konstanta c = 0.00806 

dengan tampilan Grafik Polinomial Orde 3 seperti berikut :
 (Sebagai pembanding, penulis juga menggunakan Microsoft Excell dengan data pengolahan yang lebih komplit untuk melihat pola distribusi nilai G obs dan grafik Polinomial.Hasil yang diperoleh memaparkan nilai konstanta a, b, dan c yang tdak jauh berbeda dengan pengolahan menggunakan Matlab. Hasil pengolahan menggunakan Excell seperti berikut :









Kemudian, Peneiti mengolah keseluruhan Data penelitian , dengan menggunakan Script Matlab hasil modifkasi lagi.
berikut script' nya :



%Alexander Felix Taufan Parera

clear all;
clc;
load Tugas6.txt;
h = Tugas6(:,1);
Gobs = Tugas6(:,2);

% Plot data observasi
plot(h,Gobs,'*r');
grid on
xlabel('Ketinggian (m)');
ylabel('Nilai Gravity Observasi (mgal)');
title('\fontsize{14}Variasi Nilai Gravity Obsevasi vs Ketinggian');

% Membentuk matrik kernel G dan vektor d
n = length(h);
for k = 1:n
    G(k,1) = 1;
    G(k,2) = h(k);
    G(k,3) = h(k).^2;
    G(k,4) = h(k).^3;
end
d=Gobs;
%perhitungan inversi
m = inv(G'*G)*G'*d;

%menampilkan nilai inversi
a=m(1);
b=m(2);
c=m(3);
d=m(4);
fprintf ('Konstanta a = %.6f \n', a)
fprintf ('Konstanta b = %.6f \n', b)
fprintf ('Konstanta c = %.6f \n', c)
fprintf ('Konstanta d = %.6f \n', d)

% Plot hasil inversi (berupa garis polinomial)
hold on;
hh=min(h):1:max(h);
gg = m(1)+m(2)*hh+m(3)*hh.^2+m(4)*hh.^3;
plot(hh,gg,'-b')

didapat :
Konstanta a = 978147.755193
Konstanta b = -0.534753
Konstanta c = 0.003035
Konstanta d = 0.0000001

dengan tampilan grafik :

 

KESIMPULAN :

Dari data penelitian yang saya olah, di dapat persamaan Polinomial Orde 3 sebagai berikut :
G obs = a + b (h) + c (h^2) ; dengan G Obs = Nilai Gravitasi Observasi (mgal) ; dan h= elevasi (m)

G obs = 978150.76228 - 0.84783 h + 0.00806 h^2


dan didapat persamaan Polinomial Orde 4 dengan pengolahan Data Lengkap hasil penelitian tersebut.
G Obs =
978147.755193-0.534753 h + 0.003035 h^2 +  0.0000001 h^3
Harga G observasi juga dipengaruhi faktor elevasi h. Semakin tinggi suatu titik pengukuran di permukaan Bumi, semakin kecil nilai Gravitasi observasinya.
Pada elevasi h = 30 s/d 50 m, nampak nilai G Observasi konstan 9.7813x10^5 mgal

SEKIAN dan TERIMAKASIH.

twitter : @ivan_vandal

Related Post:

0 komentar:

Posting Komentar

 
;