SEISMIC DATA PROCESSING



a.        CMP Method
CDP (Common Deep Point) adalah istilah dalam pengambilan data seismik untuk konfigurasi sumber-penerima dimana terdapat satu titik tetap dibawah permukaan bumi. Untuk kasus reflektor horisontal (tidak miring) CDP kadang-dagang dikenal juga dengan CMP (Common Mid Point). Selain CDP dikenal juga CR (Common Receiver) untuk konfigurasi beberapa sumber satu penerima, CS (Common Shoot) untuk konfigurasi satu sumber beberapa penerima dan Common Offset untuk konfigurasi sumber penerima dengan jarak (offset) yang sama. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah berikut respon seismiknya.
 

Gambar  Common Deep Point

b.        Deconvolution
Dekonvolusi dilakukan sepanjang sumbu waktu (time axis) yang bertujuan untuk meningkatkan resolusi temporal dengan mengkompresi wavelet seismik asal sampai mendekati bentuk spike dan meminimalkan reverberasi gelombang. Untuk itulah, maka pada awal pengerjaan dekonvolusi diperlukan suatu time gate dimana di dalam gate tersebut diusahakan tercakup nilai-nalai sinyal to noise rasio yang cukup baik agar dihasilkan operator dekonvolusi yang tepat. Biasanya nilai signal to noise rasio yang masih cukup baik terdapat antara first break time sampai beberapa milisecond di bawahnya, dimana amplitudo sinyal masih dapat terlihat cukup kuat. Adapun jenis dekonvolusi yang dipakai pada pengolahan data kali ini adalah tipe spike/predictive dekonvolusi, dimana konsep dari metode ini yaitu dengan menggunakan teori filter Wiener yang merupakan sebuah operasi matematik yang menganut azas kuadrat terkecil dalam menjalankan operasinya.

Dekonvolusi adalah proses pengolahan data seismik yang bertujuan untuk meningkatkan resolusi vertikal dengan cara mengkompres wavelet seismik. Deconvolusi umumnya dilakukan sebelum stacking akan tetapi dapat juga diterapkan setelah stacking. Selain meningkatkan resolusi vertikal, deconvolusi dapat mengurangi efek 'ringing' atau multiple yang mengganggu interpretasi data seismik.  Deconvolusi dilakukan  dengan melakukan konvolusi antara data   seismik dengan sebuah filter yang dikenal dengan Wiener Filter . Filter Wiener diperoleh melalui permasaan matriks berikut:
x b = c
§    a adalah hasil autokorelasi wavelet input (wavelet input diperoleh dengan mengekstrak dari data seismik)
§   adalah Filter Wiener
§   adalah kros korelasi antara wavelet input dengan output yang dikehendaki.

Output yang dikehendaki terbagi menjadi beberapa jenis:
1. Zero lag spike (spiking deconvolution)
2. Spike pada lag tertentu.
3. time advanced form of input series (predictive deconvolution)
4. Zero phase wavelet
5. Wavelet dengan bentuk tertentu (Wiener Shaping Filters)

Zero lag spike memiliki bentuk [1 , 0, 0, 0, ..., 0] yakni amplitudo bukan nol terletak para urutan pertama. Jika Output yang dikehendaki memiliki bentuk [0 , 0, 1, 0, ..., 0] maka disebut spike pada lag 2 (amplitudo bukan nol terletak para urutan ketiga) dan seterusnya.



Dalam bentuk matrix, Persamaan Filter Wiener dituliskan sbb:

dimana n adalah jumlah elemen. Matriks diatas merupakan matriks dengan bentuk spesial yakni matriks Toeplitz, dimana solusi persamaan diatas secara efisien dapat dipecahkan dengan solusi Levinson. Dengan demikian operasi Deconvolusi jenis ini seringkali dikenal dengan Metoda Wiener-Levinson. Untuk memberikan kestabilan dalan komputasi numerik diperkenalkan sebuah Prewhitening (e) yakni dengan memberikan pembobotan dengan rentang 0 s.d 1 pada zero lag matriks a (sehingga elemen a0 matrix diatas menjadi a0(1+e).

Gambar di bawah inimengilustrasikan asumsi fundamental dekonvolusi maximum-likelihood, yakni reflektivitas bumi tersusun atas event-event besar yang bercampur dengan latar belakang event-event kecil Gaussian.




Hal ini berlawanan dengan dekonvolusi spiking, yang mengasumsikan distribusi random sempurna koefisien refleksi. Reflektivitas real log sonik pada Gambar 2.4 menunjukkan bahwa model seperti ini bisa dipertanggung jawabkan. Secara geologis, event-event besar tersebut berasosiasi dengan ketidakselarasan dan batas litologi utama.

Dari asumsi-asumsi model tersebut, dapat diturunkan fungsi objektif yang dapat diminimalkan untuk menghasilkan reflektivitas yang paling mirip dan kombinasi wavelet yang konsisten dengan asumsi statistika. Perhatikan bahwa metoda ini memberikan estimasi reflektivitas sparse dan wavelet.

Fungsi objektif J diberikan oleh :

dimana r(k) = koefisien refleksi pada sampel ke-k, m = jumlah refleksi, L = jumlah total sampel, N = akar kuadrat variasi bising, n = noise pada sampel ke-k, λ = likelihood bahwa sampel mempunyai sebuah refleksi. Urutan reflektivitas diasumsikan bersifat jarang , berarti sebuah spike yang diharapkan diatur oleh parameter λ yang merupakan rasio dari jumlah spike tidak nol yang diharapkan diatur oleh jumlah sampel trace. Biasanya λ mempunyai nilai kurang dari 1. Parameter lainnya yang diperlukan untuk mendeskripsi perilaku yang diharapkan adalah R , ukuran RMS spike besar, dan N, ukuran RMS dari noise. Setelah parameter-parameter tersebut dispesifikasi, semua solusi dekonvolusi dapat diuji untuk melihat apakah ia merupakan hasil proses statistika dengan parameter-parameter tersebut.

Sebagi contoh, bila estimasi reflektivitas mempunyai jumlah spike yang lebih besar daripada nilai yang diharapkan, maka ia mencerminkan hasl yang tidak benar. Dalam ungkapan yang lebih sederhana, dapat dikatakan bahwa kita mencari solusi dengan jumlah spike minimum pada reflektivitasnya dan komponen noise yang lebih rendah.
 
Tentu saja terdapat jumlah yang tidak terbatas dari solusi yang mungkin didapatkan sehingga akan memerlukan waktu yang lama untuk melihat masing-masing kemungkinan solusi tersebut. Oleh karenanya digunakan metoda yang lebih sederhana untuk mendapatkan jawaban yang paling optimum.

Prinsipnya kita mulai dengan estimasi wavelet awal, estimasi reflektivitas sparse, selanjutanya di-iterasi sampai sebuah fungsi objektif yang rendah dapat tercapai dan dapat diterima.

Terdapat dua tahap prosedur yakni estimasi wavelet, memperbaharui reflektivitas sehingga diperoleh refektivitas estimasi, dan memperbaharui wavelet.

 
c.         Migration
Proses migrasi dilakukan pada data seismik dengan tujuan untuk mengembalikan reflektor miring ke posisi 'aslinya' serta untuk menghilangkan efek difraksi akibat sesar, kubah garam, pembajian, dll. Terdapat beberapa macam migrasi: Kirchhoff migration, Finite Difference migration, Frequency-Wavenumber migration dan Frequency-Space migration. Teknologi Q migration diterapkan pada data seismik dengan tujuan untuk melakukan migrasi seismik sekaligus melakukan koreksi amplitudo serta fasa seismik yang terdistorsi karena efek atenuasi dan velocity dispersion. Dengan kata lain, setelah melakukan Q Migration, diharapkan diperoleh data yang telah dikembalikan ke posisi dan timing yang seharusnya serta mengembalikan kandungan frekuensi tinggi yang hilang akibat atenuasi.

SEISMIK EKSPLORASI



Survey seismik dilakukan untuk mendapatkan rekaman data seismik dengan kualitas yang baik. Penilaian baik tidaknya data seismik adalah dari perbandingan antara banyaknya sinyal refleksi dengan sinyal gangguan atau noise yang diterima. Semakin banyak sinyal refleksi serta semakin sedikit noise yang diterima maka kualitas perekaman data seismik semakin bagus. Keakuratan pengukuran waktu tempuh (travel time) juga mempengaruhi kualitas perekaman.

Secara garis besar eksplorasi seismik dibagi menjadi eksplorasi seismik dangkal dan eksplorasi seismik dalam. Eksplorasi seismik yang digunakan untuk eksplorasi hidrokarbon (minyak dan gas bumi) adalah eksplorasi seismik dalam. Sedangkan eksplorasi seismik dangkal (shallow seismic reflection) biasa digunakan untuk eksplorasi batubara dan bahan tambang lainnya. Kedua jenis eksplorasi seismik tersebut memiliki resolusi dan akurasi yang berbeda. Seismik refleksi terbagi atas tiga bagian yaitu akuisisi data seismik, proses data seismik, dan yang terakhir adalah interpretasi data. Akuisisi data adalah untuk memperoleh data seismik dari area yang disurvey. Dari proses data seismik akan diperoleh penampang seismik permukaan bawah tanah. Setelah data seismik diproses maka dilakukan interpretasi untuk menganalisa keadaan geologi di bawah permukaan dan juga untuk memperkirakan komposisi material batuan di bawah permukaan tersebut. Proses akuisisi data sangat penting karena mempengaruhi kualitas data seismik. Kualitas data seismik yang baik akan menghasilkan penggambaran penampang seismik bawah tanah yang baik sehingga proses interpretasi juga dapat dilakukan dengan baik.

Secara umum kegiatan akuisisi data seismik adalah dimulai dengan membuat sumber getar buatan, seperti vibroseis atau dinamit, kemudian mendeteksi dan merekamnya ke suatu alat penerima, seperti geophone atau hidrophone. Getaran hasil ledakan akan menembus ke dalam permukaan bumi dimana sebagian dari sinyal tersebut akan diteruskan dan sebagian akan dipantulkan kembali oleh reflektor. Sinyal yang dipantulkan kembali tersebut akan direkam oleh alat perekam di permukaan. Sedangkan sinyal yang menembus permukaan bumi akan dipantulkan kembali oleh bidang refleksi yang kedua sinyalnya akan diterima kembali oleh alat perekam dan seterusnya hingga ke alat perekam yang terakhir. Alat perekam akan menghasilkan data berupa trace seismik.

Gelombang seismik adalah gelombang mekanis yang muncul akibat adanya gempa bumi. Sedangkan gelombang secara umum adalah fenomena perambatan gangguan (usikan) dalam medium sekitarnya. Gangguan ini mula-mula terjadi secara lokal yang menyebabkan terjadinya osilasi (pergeseran) kedudukan partikel-partikel medium, osilasi tekanan maupun osilasi rapat massa. Karena gangguan merambat dari suatu tempat ke tempat lain, berarti ada transportasi energi. Gelombang seismik disebut juga gelombang elastik karena osilasi partikel-partikel medium terjadi akibat interaksi antara gaya gangguan (gradien stress) malawan gaya-gaya elastik. Dari interaksi ini muncul gelombang longitudinal, gelombang transversal dan kombinasi diantara keduanya. Apabila medium hanya memunculkan gelombang longitudinal saja (misalnya di dalam fluida) maka dalam kondisi ini gelombang seismik sering dianggap sebagai gelombang akustik.

Dalam eksplorasi minyak dan gas bumi, seismik refleksi lebih lazim digunakan daripada seismik refraksi. Hal tersebut disebabkan karena siesmik refleksi mempunyai kelebihan dapat memberikan informasi yang lebih lengkap dan baik mengenai keadaan struktur bawah permukaan. Penyelidikan seismik dilakukan dengan cara membuat getaran dari suatu sumber getar. Getaran tersebut akan merambat ke segala arah di bawah permukaan sebagai gelombang getar. Gelombang yang datang mengenai lapisan-lapisan batuan akan mengalami pemantulan, pembiasan, dan penyerapan. Respon batuan terhadap gelombang yang datang akan berbedabeda tergantung sifat fisik batuan yang meliputi densitas, porositas, umur batuan, kepadatan, dan kedalama batuan. Gelombang yang dipantulkan akan ditangkap oleh geophone di permukaan dan diteruskan ke instrument untuk direkam. Hasil rekaman akan mendapatkan penampang seismik.

Refleksi Seismologi (Refleksi Seismik) adalah metode geofisika eksplorasi yang menggunakan prinsip – prinsip seismologi untuk memperkirakan sifat – sifat bumi bawah permukaan dari refleksi gelombang seismik. Metode ini memerlukan kontrol energi sumber seismik, seperti dinamit / Tovex, Airgun atau vibrator seismik, umumnya dikenal dengan nama dagang (trademark) Vibroseis. Dengan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk pantulan tiba di penerima (receiver), memungkinkan untuk menentukan kedalaman fitur yang menggenerate pantulan (refleksi). Dengan cara ini, seismologi refleksi mirip dengan sonar dan echolocation.

Metoda seismik refleksi mengukur waktu yang diperlukan suatu impuls untuk melaju dari sumber suara, terpantul oleh batas – batas formasi geologi, dan kembali ke permukaan tanah pada suatu geophone. Refleksi dari suatu horison geologi mirip dengan gema pada suatu muka tebing atau jurang. Metoda seismic repleksi banyak dimanfaatkan untuk keperluan explorasi perminyakan, penetuan sumber gempa ataupun mendeteksi struktur lapisan tanah.

Seismic refleksi hanya mengamati gelombang pantul yang datang dari batas-batas formasi geologi. Gelombang pantul ini dapat dibagi atas beberapa jenis gelombang yakni : Gelombang-PGelombang-SGelombang Stoneley, dan Gelombang Love.

Refraksi Seismologi (Pembiasan seismik) adalah prinsip geofisika yang diatur oleh hukum Snell. Digunakan dalam bidang geologi teknik , rekayasa geoteknik dan geofisika eksplorasi. Transverse refraksi seismik  ( garis seismik ) dilakukan dengan menggunakan seismograf atau geopone dalam array dan sumber energi. Metode refraksi seismik refraksi memanfaatkan gelombang seismik pada lapisan geologi dan batuan / unit tanah untuk mencirikan kondisi geologi bawah permukaan dan struktur geologi .

Metoda seismik refraksi mengukur gelombang datang yang dipantulkan sepanjang formasi geologi dibawah permukaan tanah. Peristiwa refraksi umumnya terjadi pada muka air tanah dan bagian paling atas formasi bantalan batuan cadas. Grafik waktu datang gelombang pertama seismik pada masing-masing geofon memberikan informasi mengenai kedalaman dan lokasi dari horison-horison geologi ini. Informasi ini kemudian digambarkan dalam suatu penampang silang untuk menunjukkan kedalaman dari muka air tanah dan lapisan pertama dari bantalan batuan cadas.

Sumber seismik adalah sebuah alat yang menggenerate kontrol energi seismik yang digunakan untuk melakukan survey seismik baik itu refleksi maupun refraksi. Sebuah sumber seismik dapat merupakan alat yangs ederhana seperti bahan peledak (dinamit), atau dapat merupakan teknologi yang lebih canggih seperti Airgun. Sumber seismik dapat menyediakan pulsa tunggal atau sweep energi yang terus menerus menghasilkan gelombang seismik, yang perjalanan melalui media seperti air atau lapisan batuan. Beberapa gelombang kemudian mencerminkan dan membiaskan

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 1.  Arsitektr marine source signature dalam domain waktu dan domain frekuensi

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 notchtidak terletak pada rentang frekuensi gelombang seismik yang dikehendaki.

Hubungan antara frekuensi ghost dengan kedalaman dapat digambarkan dengan persamaan sbb:

Dimana, 
                = integer 0, 1, 2, 3, dst
Vair            = kecepatan gelombang seismik pada air(~1485m/s)
dperekam   = kedalaman hydrophone (biasanya 7 meter)
θ                = sudut arah penjalaran gelombang terhadap garis vertikal

Jika diasumsikan θ=70o maka akan diperoleh  fghost pertama=0 dan  fghost berikutnya ~110Hz. Pada kondisi ini, jika rentang frekuensi seismik yang umumnya 3-85Hz akan terhindar dari interferensi ghost notch.

Parameter akusisi data seismik terdiri dari lintasan seismik, sumber getar, receiver, peralatan perekaman, dan media penyimpanan data. Ditinjau dari jenis survei yang sering dilakukan, maka parameter akusisi seismik dibagi atas :
1.    Jenis source :     -    Dinamit
-       Vibrator
-       Air gun
-       Weight drop
2.    Jenis receiver :   -    Geophone (single, array)
-       Hidrophone (single, array)
-       Geophone 3-C (single, array)
3.    Instrument perekaman :  -    Analog
-      Digital
4.    Media penyimpanan data :  -    Round tape
-       Cartridge
-       Hexabyte
5.    Format data :  -    Multiplex (SEG-A, SEG-B)
-       Demultiplex (SEG-D, SEG-Y)
6.    Geometri : -  Split spread (Simetri, Asymetri)
-      Off-end (double, alternating)
7.    Navigasi : -  Pengukuran stake

Yang harus dilakukan pertama kali dalam membuat desain parameter adalah pemelajaran mengenai obyektif suatu survei. Obyektif survei tersebut meliputi geometri struktur bawah permukaan, sifat fisika batuan, dan kedalaman. Parameter tersebut dapat diperoleh dari data geologi lapangan, hasil pemboran sumur terdekat atau data seismik dari survei yang pernah dilakukan di daerah itu.

Parameter awal yang pertama kali ditentukan adalah jenis sumber getar dan penerima, hal ini disesuaikan dengan kondisi permukaan (daratan, rawa, transisi atau laut). Pada tahap berikutnya, adalah menentukan atau menghitung parameter perekaman yang terdiri atas :
1.        Offset maksimum, yaitu panjang bentangan perekaman
2.        Offset minimum, yaitu jarak terdekat antara sumber
3.        Grup interval, yaitu arak antar receiver
4.        Shot interval, yaitu jarak antar sumber getar
5.        Jumlah chanel, yaitu jumlah sambungan titik rekam pada setiap perekaman
6.        Sample rate, yaitu laju pencuplikan data.
7.        Record length, yaitu panjang perekaman
8.        Instrument, yaitu peralatan yang akan digunakan pada perekaman data