1. Teknik gradient vertikal gayaberat mikro antar waktu dapat digunakan untuk mengidentifikasi daerah yang mengalami pengurangan air tanah atau penurunan muka air tanah. 2. Studi kasus di Semarang menunjukkan beberapa daerah seperti Pandean Lamper dan Lamper Tengah mengalami penurunan air tanah berdasarkan respon gradient vertikal negatif. 3. Pengukuran berulang gayaberat dapat mendeteksi dinamika air tan

1. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
GRADIENT VERTIKAL GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU
DAN HUBUNGANNYA DENGAN DINAMIKA AIR TANAH
Muh Sarkowi
Staff. Pengajar Program Studi Geofisika Jurusan Fisika FMIPA Univertitas Lampung,
Jl. Prof. Soemantri Brodjonegoro No. 1 Bandar Lampung, Lampung.
Email : sarkov323@yahoo.com
ABSTRAK
Gradient vertical gayaberat merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan untuk
mengetahui adanya dinamika air tanah. Dari simulasi diperoleh bahwa penurunan muka air
tanah mempunyai respon gradient vertical gayaberat mikro antar waktu yang negative, dan
sebaliknya kenaikan muka air tanah mempunyai respon yang positif. Gradient nol menunjukkan
tidak terjadi dinamika air tanah. Dari Analisa gradient vertical gayaberat mikro antar waktu
daerah Semarang menunjukkan adanya daerah yang mengalami penurunan muka air tanah atau
pengambilan air tanah yang berlebihan meliputi daerah: Pandean Lamper, Lamper Lor, Lamper
Tengah, Gayam Sari dan di daerah sekitar Pelabuhan. Teknik gradient vertical gayaberat mikro
antar waktu dapat digunakan untuk mengidentifikasi daerah yang mengalami pengurangan air
tanah.
Keywords: time lapse, vertical gradient, microgravity
1. PENDAHULUAN
Metode gayaberat merupakan salah satu metode dalam geofisika didasarkan pada
adanya perubahan kontras densitas dan jarak di bawah permukaan. Pada tahap awal
perkembangannya metode ini telah sukses untuk menentukan struktur cebakan minyak, struktur
bawah permukaan di daerah pertambangan, lengkungan listhosfera dan lain-lain. Pada saat ini
metode gayaberat telah mengalami perkembangan yang cukup pesat baik peralatan maupun
aplikasinya. Gravitymeter yang paling teliti sekarang adalah Graviton yang memiliki ketelitian
0.0001 miliGall dan prosedur pengaoperasian relatif mudah. Peningkatan ketelitian
gravitymeter ini memungkinkan kita untuk mengukur dinamika massa di bawah permukaan
yang umumnya memiliki respon yang kecil dengan menggunakan metode gayaberat, seperti
untuk : monitoring reservoir panas bumi (Allis, R.G, 1986., Andres, R.B.S, 1993., Akasaka, C,
2000), pemantauan pergerakan injeksi air pada reservoir gas (Hare, J.L. et.all. 1999., dan
Gelderen, M.V. et.all, 1999 ), pemantauan amblesan tanah ( Styles, P., 2003., Kadir , 2003),
pemantauan magma dan prediksi letusan ( Rymer, H, 2000). Anomaly gayaberat mikro antar
waktu di suatu daerah dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya : dinamika air tanah,
intrusi air laut, penurunan titik amat, bangunan baru disekitar titik amat, dan lain-lain. Dalam
melakukan analisa anomaly gayaberat mikro antar waktu diperlukan metode khusus untuk
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-49

2. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
mengidentifikasi dan memisahkan penyebab anomaly tersebut. Salah satu yang akan dibahas
adalah metode gradient vertical untuk mengetahui penyebab anomaly gayaberat mikro antar
waktu yang disebabkan oleh dinamika air tanah dan amblesan tanah dengan mengambil studi
daerah Semarang.
2. DASAR TEORI
Respon Gayaberat Mikro oleh dinamika air bawah permukaan
Perubahan kedalaman muka air tanah pada suatu tempat dipengaruhi oleh : musim,
curah hujan, pengambilan air tanah oleh manusia dan lain-lain. Perubahan gayaberat akibat
adanya dinamika muka air tanah dapat diturunkan dengan melakukan simulasi respon gayaberat
mikro terhadap penurunan air muka tanah maupun menggunakan pendekatan koreksi Bouguer
sederhana dengan memasukkan variabel porositas (Sarkowi, 2002) :
g w = 2πGρφh
g w = 0.04193ρφh
Δg w = 41.93ρφh (1)
Keterangan :
Δgw : perubahan nilai gravitasi karena adanya perubahan tinggi air tanah
ρ : densitas fluida (gr/cc)
φ : porositas (%)
h : penurunan atau kenaikan permukaan air tanah (meter)
Dengan asumsi porositas batuan 30% maka setiap terjadi penurunan muka air tanah 1 m akan
memberikan respon gayaberat sebesar 12,579 microgal.
2.1 Gradien Vertical -Gayaberat
Teknik gradien-gayaberat dikembangkan dari besaran gradien diferensial, dimana
gradien ditentukan dari suatu interval data gayaberat lapangan. Gambar 1 mengilustrasikan
konsep finite-difference untuk menentukan gradien-gayaberat. Skema struktur untuk
pengukuran gradien-gayaberat vertikal dibuat dari dua buah kotak dengan ketinggian kotak
masing-masing 1 meter, sehingga variasi finite-difference atau interval besaran dari gradien
vertikal dapat ditentukan. Untuk pengukuran gayaberat dengan tiga beda tinggi yaitu h(i-1), h(i),
dan h(i+1), maka turunan tegak pertama pengukuran dapat dihitung dengan persamaan berikut :
∂g ⎛ g (i −1) − g (i ) ⎞
=⎜ ⎟ miliGal/m (2)
∂z ⎜ h(i −1) − h(i ) ⎟
⎝ ⎠
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-50

3. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
Gambar 1. Dua-tingkat kotak pengukuran gayaberat untuk menentukan gradien vertikal
Gradient vertical hasil pengukuran langsung ini berbeda dengan gradient vertical gayaberat
yang diturunkan dari gravitasi normal dengan tidak memperhitungkan adanya massa di sekitar
titik amat. Gradient vertical gayaberat yang dihitung dari persamaan gayaberat normal bumi
dengan bentuk ellipsoid sering disebut dengan koreksi udara bebas.
∂g ϕ
g ϕ ,h = g ϕ + h (3)
∂h
∂g ϕ
∂h
=−
2gϕ
a
(1 + f + m − 2 f sin ϕ )
2 (4)
∂ϕ 0
= −0.308765 untuk ϕ = 7,5 (5)
∂h
Amblesan tanah akan memberikan respon gayaberat mikro antar waktu positif.Gradient vertikal
antar waktu oleh amblesan tanah akan memberikan respon 0 (nol).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Simulasi karakteristik gradient vertical gayaberat antar waktu
Simulasi dilakukan dengan membuat model reservoir air tanah yang miring. Pada
kondisi awal aquifer air terisi penuh, pada periode berikutnya terjadi pengurungan air tanah
pada bagian tengah 5 meter. Masing-masing periode dihitung nilai respon gayaberatnya pada
tiga ketinggian yang berbeda, sehingga gradient vertical dan gradient vertkal antar waktu dapat
dihitung secara langsung . Karakteristik gradient vertikal dan gradient vertikal antar waktu oleh
perubahan muka air tanah ditunjukkan pada Gambar 2. Simulasi kedua dilakukan dengan
membuat model reservoir air tanah datar. Pada kondisi awal aquifer air terisi penuh, pada
periode berikutnya karena pengambilan air tanah terjadi penurunan muka air tanah yang
membentuk pola ‘cone’ dengan kedalaman 2, 4 dan 6 meter pada bagian tengah. Masing-masing
periode dihitung nilai respon gayaberatnya pada tiga ketinggian yang berbeda, sehingga gradient
vertical dan gradient vertkal antar waktu dapat dihitung secara langsung . Karakteristik gradient
vertikal dan gradient vertikal antar waktu oleh perubahan muka air tanah ditunjukkan pada
Gambar 3.
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-51

4. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
Gambar 2. Respon gayaberat oleh aquifer air tanah miring dan pengurangan air tanah, anomaly
gayaberat mikro antar waktu, gradient vertikal gayaberat, dan gradient gayaberat
mikro antar waktu
Gambar 3. Respon gayaberat oleh aquifer air tanah, pengurangan air tanah, anomaly gayaberat
antar waktu, gradient vertikal gayaberat, dan gradient gayaberat antar waktu.
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-52

5. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
Tabel 1
Karakteristik Anomali gayaberat mikro antar waktu, gradient vertikal dan gradient vertikal antar
waktu
No Gayaberat Gradient Vertikal Amblesan Air tanah Keterangan
antar waktu antar waktu Tanah
1 0 0 Tanah tetap Air tetap Tidak ada perubahan
2 0 + Tanah turun Air tambah Tanah turun = air tambah
3 0 - Tanah turun Air kurang Tanah naik = air turun
4 + 0 Tanah turun Air tetap
5 + + Tanah turun Air tambah
6 + + Tanah tetap Air tambah
7 + + Tanah naik Air tambah Grav tanah naik < Grav air tambah
8 + - Tanah turun Air turun Grav tanah turun > Grav air turun
9 - 0 Tanah naik Air tetap
10 - + Tanah naik Air naik Grav tanah naik > Grav air naik
11 - - Tanah naik Air turun
12 - - Tanah turun Air turun Grav Tanah turun < Grav air turun
13 - - Tanah tetap Air turun
Pengurangan air tanah akan memberikan respon anomaly gayaberat mikro antar waktu yang
negative, sedangkan penambahan air tanah memberikan respon gayaberat mikro antar waktu
positif. Pengurangan muka air tanah akan memberikan gradient vertical gayaberat antar waktu
yang negative, dan kenaikan muka air tanah akan memberikan gradient vertical gayaberat
antara waktu yang positif.
3.2 Studi kasus anomali gayaberat mikro daerah Semarang bulan September 2002 dan
Juni 2003
Survey gayaberat di daerah Semarang dilakukan pada bulan September 2002 dan periode
Juni 2003. Sebanyak 40 titik gayaberat telah diukur dengan tiap titik diukur pada tiga ketinggian
yang berbeda. Hasil anomali gayaberat mikro antar waktu periode Juni 2003 - September 2002
ditunjukkan pada Gambar 4. Anomaly gayaberat mikro antar waktu (Gambar 4), tampak
anomaly positif di daerah Tugu muda, Stasiun Poncol, stasiun Tawang, Tanah Mas dan Pantai
Marina yang menunjukkan adanya amblesan tanah di daerah tersebut. Sedangkan anomaly
negative di daerah Kaligawe, Pengapon, Karangwaru menunjukkan adanya pengurangan air
tanah.
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-53

6. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
Gambar 4. Anomali gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang periode Juni’03 – Sept’02
3.3 Gradient vertical gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang
Gradient vertical gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang diperoleh dengan
mengurangi gradient vertical gayaberat periode Juni 2003 dan gradient vertical gayaberat
periode September 2002 seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Dari peta Peta gradient vertical
gayaberat mikro antar waktu periode Juni 2003 – September 2002 (Gambar 5) tampak bahwa
daerah : Kel. Pandean Lamper, Kel. Lamper Lor, Kel. Lamper Tengah, Kel. Gayam Sari dan di
daerah sekitar Pelabuhan menempati gradient gayaberat mikro antar waktu yang negative
tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa di daerah tersebut telah terjadi penurunan muka air tanah
yang sangat besar. Sedangkan daerah yang mengalami penurunan muka air tanah yang sedang
terjadi di daerah Johar memanjang ke Selatan sampai Tugu Muda dan Simpang Lima. Hal ini
dapat dilihat dari respon gradient vertical gayaberat mikro antar waktu yang mempunyai nilai 0
sampai -0.04 mGall/m. Daerah Kariadi, kawasan Candi, Gadjah Mungkur dan Lempong Sari
merupakan daerah yang relative tidak mengalami penurunan muka air tanah. Gradient vertikal
antar waktu positif yang mengikuti pola sungai Banjir Kanal Barat dan Timur memanjang dari
Selatan ke Utara menunjukkan bahwa arah imbuhan air tanah melewati daerah tersebut.
Disamping itu imbuhan air dapat pula terjadi akibat masuknya air laut kedaratan melalui sungai
yang ada.
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-54

7. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
Gambar 5. Peta gradient vertical gayaberat mikro periode Juni 2003 – September 2002
4. KESIMPULAN
Pengukuran gayaberat secara berulang dapat digunakan untuk mengatahui adanya
dinamika air tanah di bawah permukaan. Metode analisa gradient vertical gayaberat mikro antar
waktu, merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan untuk mengetahui adanya dinamika
air tanah. Dari simulasi menunjukkan bahwa adanya pengurangan air tanah atau penurunan
muka air tanah akan mempunyai respon gradient vertical gayaberat mikro antar waktu yang
negative, dan sebaliknya kenaikan muka air tanah atau penambahan air akan memberikan
respon yang positif. Gradient vertikal antar waktu karena amblesan tanah akan mempunyai nilai
nol (0). Sehingga dari gradient vertikal antar waktu akan dapat ditentukan dinamika air tanah
yang terjadi, untuk gradient positif maka terjadi penambahan air tanah, gradient negative
pengurangan air tanah, dan gradient 0 menunjukkan tidak adanya dinamika air tanah.
Berdasarkan analisa gradient vertical gayaberat mikro antar waktu daerah Semarang dapat
ditarik beberapa hal yang menarik sehubungan dengan dinamika air tanah, yaitu :
1. Daerah dengan penurunan muka air tanah tinggi pengambilan air tanah yang berlebihan
meliputi daerah: Kel. Pandean Lamper, Kel. Lamper Lor, Kel. Lamper Tengah, Kel.
Gayam Sari dan di daerah sekitar Pelabuhan.
2. Daerah yang mengalami penurunan muka air tanah yang sedang meliputi daerah :
Johar memanjang ke Selatan sampai Tugu Muda dan Simpang Lima.
3. Daerah Kariadi, kawasan Candi, Gadjah Mungkur dan Lempong Sari merupakan daerah
yang relative tidak mengalami penurunan muka air tanah.
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-55

8. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
DAFTAR PUSTAKA
Allis, R.G, T.M, Hunt, 1986, Analisis of Exploration-induced gravity changes at Wairakei
geothermal Field, geophysics 51, p. 1647-1660
Andres, R.B.S and J.R. Pedersen ,1983. Monitoring the Bulalo geothermal reservoir,
Philiphines, using precession gravity data. Geothermics, 22
Akasaka, C and Nakanishi, S, 2000. Correction of Background gravity change due to
precipitation ; oguni geothermal Field, Japan. Proceeding World Geothermal
Congress, Kyushu – Tohuku, Japan.
Gelderen, M.V., Haagmans, R., and Bilker, M., 1999. Gravity change and natural gas extraction
in Groningen. Geophysical Prospecting, 47.
Hare, J.L, Ferguson, J.F, Aiken, C.L.V, and Brady, J.L, 1999. The 4-D microgravity method for
waterflood surveillance: A model study for the Prudhoe Bay reservoir, Alaska.
Geophysics, Vol. 64 No. 1 (January-February 1999)
Marsudi, 2000. Prediksi Laju Amblesan Tanah di Dataran Alluvial Semarang Propinsi Jawa
tengah, Disertasi Program Pascasarjana ITB
Rymer, H and Jones, G.W, 2000. Volcanic eruption predicture : magma chamber physics from
gravity and deformation measurements. Geophysical Research Letter, Vol. 27 No. 16.
Styles, P., 2003. The use of time lapse microgrvity to investigate and monitoring an area
undergoing surface subsidence; a case study. Un published.
Sarkowi, 2002. Penerapan metode microgravity 4D untuk monitoring peningkatan produksi
minyak. Jurnal Sains Teknologi FMIPA Universitas Lampung.
ISBN : 978-979-1165-74-7 V-56