Mengenal Lebih Dekat: Controlled-Source Audio-Frequency Magnetotelluric (CSAMT) dalam Eksplorasi Geofisika.

Connect with me: https://www.linkedin.com/in/ryan-bobby-andika-712164118/                 

Berawal dari salah satu rencana kegiatan eksplorasi migas yang akan dilakukan oleh perusahaan bekas aku bekerja sebelumnya, metode CSAMT atau kepanjangan dari Controlled Source Audio Magnetotelluric menjadi salah satu topik diskusi yang hangat serta panjang di tim kami waktu itu. Hal tersebut terjadi bukan tentang bagaimana kita bisa medapatkan vendor untuk menggunakan alat tersebut yang memang juga relatif sulit, namun lebih mengenai seberapa efektif metode yang bersangkutan dapat memprospek akumulasi hidrokarbon di bawah permukaan jika dibandingkan dengan metode seismik aktif. Ini merupakan tantangan terbesar, sekaligus pembuktian bagi perusahaan kami dalam menilai dan menyukseskan penggunaan CSAMT sebagai alternative metode eksplorasi Non-Seismik di bisnis kami yang selama ini buntu di penggunaan seismik semata. Berbagai literature aku kumpulkan untuk memperkuat dan meyakinkan tim bahwa metode tersebut patut untuk dicoba dengan segala kelebihan atau manfaat yang akan di dapat, serta bebagai kekurangan yang melilit layaknya metode-metode geofisika lainnya. Dalam tulisan ini, aku akan coba membahas lebih ke teori dari berbagai literature paper serta ide mengenai metode CSAMT, skema perekamannya, pengolahan datanya, berbagai fakta serta hal yang perlu dicermati dalam pemanfaatan serta hasil dari CSAMT, dan success story metode Non-Seismic ini dalam dunia migas. Yuk mari kita telaah dalam bentuk poin-poin supaya kamu yang baru mulai membaca tentang metode ini bisa lebih mudah memahami ide dasarnya. Ohhiya satu lagi, kamu juga harus baca yaa tentang dasar metode Elektomagnetik untuk menunjang pemahaman di tulisan ini.

BRIEF THEORY OF CSAMT

Mari kita mulai pembahasan ini dengan mengenal terlebih dahulu definisi sederhana dari metode CSAMT, dan kenapa metode tersebut sangat berhubungan dengan metode Magnetoteluric (MT) dalam geofisika. Yuk kita pahami bersama:

• Magnetotellurik (MT) merupakan metode EM pasif yang melibatkan fluktuasi Medan Listrik (Angin Matahari {< 1 Hz} & petir di atmosfer {> 1 Hz}) dan Medan Magnet alami (Magnet permanen bumi) yang secara umum perekaman datanya bersifat regional.
• CSAMT (Controlled Source Audio Magnetotelluric) merupakan sebuah teknik pengukuran medan EM (atau bisa dikatakan sebagai jenis MT) dalam interval frekuensi 0.1 Hz – 10 kHz (Audio MT), namun dengan bantuan berupa sumber buatan dipol listrik (Non-Pasif).
• CSAMT dan MT masing-masing mampu menembus hingga kedalaman 1 - 2 km serta 4 – 5 km (Grandis & Sumintadireja, 2012)
• Tujuan CSAMT atau MT adalah sama-sama untuk menginvestigasi parameter elektrik (Resistivitas) subsurface dalam domain Frekuensi.
• Penerapan CSAMT atau MT :

1. Eksplorasi Panas Bumi, Ground Water, Geoteknik
2. Evaluasi akumulasi Hidrokarbon (terutama akumulasi struktural)

Gambar 2. Spektrum Gelombang.

Dari pembahasan singkat diatas, ide kerennya adalah memberi sumber buatan terhadap perekaman data dengan metode Magnetotelluric. Dalam bahasa yang lebih scientific yang ada di literature, CSAMT dapat dipahami seperti berikut:

“The method exploits naturally existing EM fields (typically band that span from 0.001 Hz – 10 kHz) as a signal source.  These primary fields induce secondary electric (Eddy Current) and magnetic fields in the conductive earth (Created from Eddy Current). The transient variation of the EM fields recorded at the surface of the earth is therefore diagnostic to the subsurface electrical properties” (Grandis et.al, 2011)

Gambar 3. Prinsip Induksi Gelombang EM

Nahh, diawal aku kan langsung jejelin kamu info bahwa CSAMT nih ada hubungannya dengan metode MT, yang memang pada dasarnya sih merupakan pengembangan dari metode bersangkutan. Lalu, perbedaan perekaman serta hasil daya pada CSAMT dan MT tuh bagaimana ya? Apakah sama saja namun tinggal dikasih sumber tambahan? Nahh kurang lebih poin perbedaanya, secara sederhana, dapat dijabarkan seperti ini teman:

• Hasil perekaman data CSAMT, secara opsi, ternyata dapat memanfaatkan teknik Full-Tensor dan juga Scalar (Umumnya menggunakan skema scalar dengan hanya mengukur medan listrik Ex dan Hy pada satu titik karena tidak terlalu bervariasi terhadap x & y serta lebih sederhana secara praktik di lapangannya). Dari kedua jenis perekaman tersebut, data yang dihasilkan CSAMT bisa 1D Model dan 2D Model (Dengan mekanisme Inversi.) dari resistivitas.

Gambar 4. Perekaman CSAMT dengan Metode Skalar.

Gambar 5. Perekaman Data CSAMT dengan skema Skalar (a) dan Full Tensor (b)

• Perekaman MT selalu bersifat complete tensor (non-scalar) dengan mengukur medan listrik Ex dan Ey, serta Hx Hy sehingga mampu memodelkan 1D & 2D (Dengan Mekanisme Inversi.) dari data resistivitas yang didapat.

Gambar 6. Desain perekaman data dengan metode MT (Full Tesor).

CSAMT & MT RECORDING MECHANISM

Setelah kamu sudah dapat ide dari CSAMT dan kenapa metode yang bersangkutan relatif sedikit berbeda dengan metode MT, sekarang kamu aku ajak untuk memahami bagaimana perekaman oleh alat CSMAT dan MT bisa menghasilkan data berupa resistivitas yang nantinya kita gunakan untuk di olah. Kenapa ada hubungannya dengan medan Elektromagnetik? Ex Hy tuh menunjukan apa? Kenapa ada perekaman scalar dan full tensor? Nah yuk ikutin step-step di bawah yaa agar lebih mudah.

1. Perhitungan data resistivity pada kedua metode tersebut berhubungan dengan perekaman data Medan listrik (Ex & Ey) serta Medan Magnet (Hx & Hy) pada masing-masing alat.
2. Nilai-nilai terebut diproses menggunakan sebuah mekanisme spectral analysis dalam bentuk frequency-dependent Impedance (Z) atau rasio medan listrik dan magnetik.
3. Setelah mendapatkan nilai Z tersebut, diperolehlah apparent resistivity (ρa) dan phase (θ) dalam fungsi periodic (T), atau frekuensi (F = T-1).
4. Setelah pembacaan nilai-nilai tersebut, penentuan depth dapat dilakukan dengan perhitungan Skin Depth (δ). 
5. Namun perlu diingat bahwa Skin Depth (δ). bukan merupakan kedalaman sesungguhnya. Secara makna, Skin Depth adalah kondisi dimana pada kedalaman tertentu, besar Source mengalami pelemahan sebesar 37 %. Actual Depth (D) dapat dihitung dengan pendekatan Bostick
6. Perlu diingat bahwa pada data CSAMT untuk mode skalar, hanya melakukan perekaman Ex , Hy (1D model Sounding) dan sedangkan MT bersifat Full Tensor dengan merekam Ex , Ey , Hx , Hy (2D Model Sounding)

Gambar 7. Perhitungan Matematis perkaman data CSAMT & MT

CSAMT: SUBJECTS TO BE NOTED!

Sebenernya dari pembahasan sebelumnya, kamu secara umum sudah terinformasikan nih mengenai ide dari metode CSAMT atau MT secara teoretisnya baik data maupun pengambilan datanya. Nahh sekarang aku bakal mulai ajak kamu memahi tentang fakta serta perihal apa saja yang harus kamu jadikan landasan awal ketika ingin menentukan penggunaan CSAMT ini bakal dimanfaatkan untuk memprospek apa. Poin – poin ini saya ambil dari literature paper Bapak Hendra Grandis dan Prihadi Sumintaderja mengenai hal – hal yang perlu diingat ketika memanfaatkan metode bersangkutan dengan case eksplorasi Panas Bumi.

1. Pemanfaatan metode MT & CSAMT digunakan sebagai studi preliminary dan interpretasi secara kualitatif.
2. Kedalaman investigasi nilai resistivitas: MT (4 – 5 Km) & CSAMT (1 – 2 Km).
3. Dalam perekaman CSAMT, terdapat 3 respon perekaman yang harus dipertimbangkan: Near –Field zone, Transition Zone, & Far-Field Zone (Zona dengan hasil data paling valid karena memenuhi asumsi gelombang bidang.) 
4. Perlu penggunaan koreksi near-field zone pada hasil perekaman CSAMT karena asumsi Gelombang Bidang yang tidak terpenuhi..
5. Terdapat efek source overprint dan shadow effect pada perekaman CSAMT yang perlu dipertimbangkan akibat jarak terhingga antara transmitter-receiver.
6. Source point pada CSAMT diletakan sejauh mungkin, namun seideal mungkin agar dipole aktif (Transmiter) tetap terekam, dan agar hanya data far-field yang terekam.
7. Analisa terhadap data pada near-field, dapat menggunakan 1D MT untuk membantu data CSAMT.
8. Tidak disarankan melakukan interpretai terhadap uncorrected CSAMT data.
9. Penggunaan full-solution CSAMT modelling disarankan untuk 1-D & 2D model.

8-5eb3b8afd541df77c31721f2.png

Gambar 8. Paper Referensi

9-5eb3ba4b097f36477132af32.png

Gambar 9. Zonasi Perekaman data dengan metode CSAMT (Near, Transitition, Far Field Zone).

10-5eb3ba81097f363af3625684.png

Gambar 10. Near Field dan Far Field Zone (Menggunakan Asumsi Gelombang Bidang)

11-5eb3bac2097f36662c10eeb3.png

Gambar 11. Ilustrasi Source overprint Effect due to distance TX-RX.

Gambar 12. Shadow Effect affects to increase conductivity.

Gambar 13. Near Field Recorded Data.

CSAMT SUBJECT TO BE NOTED: RECORDING ZONES

Dalam salah satu poin mengenai hal yang harus dicermati seksama oleh kita pada pembahasan sebelumnya, terdapat poin penting yang menjadi kunci utama kesuksesan perekaman CSAMT dalam mengambil data yaitu Zona Perekaman (Near, Transition, Far field Zone). Kenapa poin tersebut menjadi sangat penting dan bagaimana penjelasannya? Kenapa kita harus mengusahakan dengan pasti ketika pembuatan desain perekaman harus bisa mencapai kondisi Far-Field Zone? Yukk kita pelajarin bersama dalam poin – poin di bawah:

POIN UMUM:

1. Komponen Medan Listrik dan Magnetik di ekspresikan dalam Cylindrical coordinate.
2. Berdadarkan pelajaran di lapangan, maksimal kedalaman dari CSAMT adalah 2 – 3 Km.
3. Untuk mengetahui zona rekaman, dapat diketahui dengan menghitung Induction Number (kr).

NEAR FIELD ZONE:

1. Pada zona Near-Field, nilai E secara langsung proporsional dengan Ground Resistivity dan bernilai independen terhadap frekuensi.
2. Near-Field zone juga memiliki nilai H yang independen terhadap nilai resistivitas dan frekuensi (dapat diartikan nilainya bukan yang diharapkan untuk direkam).
3. Nilai E dan H pada Near-Field Zone yang independen terhadap frekuensi, yang juga berpengaruh terhadap nilai impedansinya, maka hasil rekaman pada zona ini tidak sama sekali merepresentasikan kondisi bawah permukaan.
4. Kedalaman Pengukuran pada Near-Field Zone hanya dikontrol oleh Array Geometry dan bukan Frekuensi. (Ekuivalen dengan DC Resistivity Survey).
5. Induction Number << 1 dan r << δ (jarak receiver dan transmitter).
6. Issue dalam mendapatkan nilai ini adalah energi source yang terlalu dominan jika pemasangan Receiver – Transmitter terlalu dekat.

FAR FIELD ZONE:

1. Pada zona Far-Field, nilai E bersifat independen terhadap frequency dan proporsional terhadap resisitivity pada kondisi tanah yang homogen.
2. Far Field zone untuk Nilai H memiliki sifat frequency-dependent.
3. Dengan niali E dan H yang representative untuk direkam, penentuan nilai Impedance, Apparent Resisticvty, dan penentuan Cagniard Resisitivity dianggap valid pada Far-Field Zone.
4. Far Field Zone memenuhi kaidah Plane-Wave.
5. Induction Number >> 1 dan r >> δ (jarak receiver dan transmitter).
6. Issue dalam mendapatkan nilai ini adalah energi source yang relatif terlalu lemah jika pemasangan Receiver – Transmtter terlalu jauh.

TRANSITION ZONE:

1. Berada diantara Near-Field dan Far-Field Zones.
2. Perhitungan nilai E dan H dependen terhadap Frekuensi, namun lebih kompleks.            

Induction Number

15-5eb3ba20d541df6919185e23.png

CSAMT SUBJECT TO BE NOTED: SENSITIVITY RECORDING ZONES TEST

Dalam sebuah publikasi dari Zonge, dijabarkan mengenai alasan kondisi perekaman terhadap ketiga zona sangat memperngaruhi keberhasilan dari data yang nanti akan didapatkan. Beliau melakukan apa yang disebut dengan Sensitivity Test Untuk memepermudah, berikut adalah ringkasan yang bisa kamu baca teman:

NEAR FIELD ZONE:

1. Dari Gambar 7A. Terlihat bahwa pada zona Near-Field, nilai Cagniard Resistivity tidak representative dan lebih merupakan pengaruh dari jarak.
2. Gambar 7A juga mengindikasikan bahwa perubahan nilai H tidak signifikan pada Near-Field.
3. Gambar 7B memperlihatkan nilai Cagniard Resistivity dan E pada kondisi Near-Field (4 km) sangat dipengaruhi oleh Ground Resistivity.
4. Namun, pada Gambar 7B, nilai H tidak sensitive oleh Ground Resistivity dan Frequency di kondisi Near-Field (tidak ada perubahan yang signifikan).
5. Sudut TX dan RX sangat berpengaruh pada Near-Field, hanya 00 – 150 yang representative terbaca Karena nilai petrubasinya minimal.

FAR FIELD ZONE:

1. Dari Gambar 7A. Terlihat bahwa pada zona Far-Field, nilai Cagniard Resistivity tidak dipengaruhi oleh jarak R (lebih dipengaruhi frekuensi).
2. Pada Gambar 7A. Far Field zone untuk Nilai H memiliki sifat frequency-dependent (terlihat dari perubahan nilai H).
3. Sudut antara TXr dan receiver tidak mempengaruhi pembacaan nilai E dan H pada Far-Field Zone sama sekali.

Gambar 14. Sensitivity Tes Pada ketiga zona perekaman.

CSAMT SUBJECT TO BE NOTED: TX – RX CONFIGURATIONS DEPLOYMENT

1. Secara Umum, penggunaan Loop dan Dipole memiliki nilai besaran akuisisi yang sama, namun hanya pada Far-Field Zone.
2. Pada Daerah Near-Field dan Transition Zone, nilai kedua konfigurasi Tx berbeda. Perlu dilihat dengan seksama dan baik untuk kedua nilai yang sekiranya memiliki nilai yang representative. (Atau dilakukan dengan koreksi menggunakan metode yang lain seperti TDEM dsbnya)
3. Teknik Akuisisi CSAMT dapat menggunakan skema Tensor dan Scalar.

17-5eb3bc68097f36335e0e83c2.png

Gambar 15. Perbandingan konfigurasi loop dan dipole transmitter pada perekaman data CSAMT.

18-5eb3bc97097f363aa620a722.png

Gambar 16. Alternatif konfigurasi perekaman Data Metode CSAMT.

CSAMT & MT: BRIEF OF CRUCIAL FACTS

Nahh setelah kamu memahami pembahasan – pemabahasan sebelumnya secara matang, seharusnya kamu sudah siap  untuk menentukan baik dari tujuan hingga design akuisisi dari pemanfaatan metode CSAMT dengan target eksplorasi apapun yang ingin kamu dapat. Untuk menutup tulisan ini, yukk marii telaah beberbagai fakta yang bisa kamu pelajarin mengenai metode CSAMT ini yang aku comot dari beberbagai sumber:  

Gambar 17. Perbandingan perekaman tujuan perekaman dengan metode MT dan CSAMT.

Gambar 18. Metode CSAMT umum digunakan dalam eksplorasi Migas untuk Structural Imaging.

Gambar 19. Pengukuran Resistivitas suatu lapisan batuan merupakan fungsi dari kontribusi nilai resistivitas fluida dan batuannya.

22-5eb3be8f097f36400f56ce72.png

Gambar 20. Efek Overprint pada perekaman data CSMAT terhadap Structuralnya.

23-5eb3bee0097f363faa1ed2d2.png

Gambar 21. Hasil data perekaman CSAMT yang terkoreksi mampu memberikan hasil yang lebih akurat.

CSAMT & MT: SUCCESS HISTORY

Sekarang aku mau ajak kamu membahas tentang beberapa success story pemanfaatan CSAMT di bidang Migas. Kamu bisa nihh menentukan sendiri, menrut pandangan kamu yaa, apakah metode ini bisa dimanfaatkan sebagai solusi untuk eksplorasi Migas atau tidak dan apakah sepadan utnuk mensubtitusi pemanfaatan Seismik Aktif.Yuk kita cermati bersama fakta-fakta nya dari beberapa publikasi di bawah.:

212121-png-5eb3bf83097f365ee9110772.png

Nahh gimana temen-temen, sudah dapet insight serta ide dan penerapan CSAMT untuk kegiatan eksplorasi ? disini aku nda menggiring temen-temen buat menerapkan metode CSAMT untuk Migas kok.

Aku pure cuman ingin memberitahu teman -teman mengenai ide dari metode bersangkutan. Namun memang dalam case ini, aku pun melakukan semacam riset tentang metode CSAMT ini diawali oleh kebutuhan serta tantangan untuk menerapkannya dalam eksplorasi migas. Memang secara umum tidak sebaik Seismik aktif sihh, tapi menurut pandanganku, dan beberapa sumber publikasi ilmiah tentunya, metode CSAMT tetap dapat berperan andil sebagai alternative dalam bidang eksplorasi migas, apalagi di tahap studi awal (reconnaissance survey). Sekian artikel ini, semoga bermanfaat yaa ?!

Terima Kasih.

Sumber:

- Magnetotelluric (MT) Method in Hydrocarbon Exploration: A New Perspective (Hendra Grandis et.al, 2004)

- A Brief Review for the Proper Application of Magnetotelluric (MT) and Controlled Source Audio-Frequency Magnetotelluric (CSAMT) in Geothermal Exploration (Hendra Grandis & Prihadi Sumintadireja, 2012)

- Controlled Source Audio-Frequency Magnetotelluric (Kenneth L.Zonge & Larry J.Hughes).