Google Pengukuran Atenuasi | Dark Wizard of Scientist

June 03, 2013

Pengukuran Atenuasi

A. Atenuasi

Atenuasi adalah menurunnya level daya sinyal akibat pengaruh jarak transmisi. Untuk menghindari hal ini, jarak media transmisi dibatasi sehingga pengaruh atenuasi tidak banyak mengganggu kualitas sinyal. Pengaruh atenuasi terhadap sinyal berbeda-beda antar satu media transmisi dengan lainnya. Untuk mengatasi atenuasi, bisa juga digunakan perangkat seperti amplifier atau repeater, yang berfungsi meningkatkan kembali level daya sinyal.

Untuk guided media, atenuasi adalah fungsi yang lebih kompleks dari jarak dan pada umumnya mengikuti fungsi logarithm. Sehingga biasanya dinyatakan sebagai jumlah desibel konstan per unit jarak. Atenuasi membawakan tiga pertimbangan untuk membangun transmisi :
a. Sinyal yang diterima harus cukup kuat sehingga arus elektronik pada receiver bisa mendeteksi sinyal
b. Sinyal harus mempertahankan level yang lebih tinggi dibanding derau yang diterima tanpa error
c. Atenuasi merupakan fungsi frekuensi yang meningkat

Masalah pertama dan kedua dapat diatasi dengan menggunakan sinyal dengan kekuatan yang mencukupi dan amplifier-amplifier atau repeater-repeater. Masalah ketiga, digunakan teknik untuk meratakan attenuation melalui suatu band frekuensi dan amplifier yang memperkuat frekuensi tinggi daripada frekuesi rendah.

Selain jarak, atenuasi sinyal juga merupakan fungsi dari frekuensi. Karena sinyal data biasanya memiliki beberapa komponen frekuensi, maka amplifier biasanya didesain berbeda-beda menyesuaikan dengan frekuensi sinyal. Alat seperti ini disebut dengan equalizer.

Untuk mengukur atenuasi, digunakan rumus sebagai berikut:


Atenuasi = 10 log10 (P1/P2) dB

dimana :
P1 = daya sinyal yang dikirim (watt)
P2 = daya sinyal yang diterima (watt)
Atenuasi diukur dalam satuan dB (decibel).


Atenuasi dilambangkan dengan Q, dimana 1/Q adalah fraksi dari energi gelombang yang hilang setiap cycle saat gelombang tersebut merambat. Sehingga ‘Q rendah’ berarti lebih teratenuasi dan ‘Q tinggi’ berarti sedikit teratenuasi. 
Umumnya, didalam aplikasi seismik eksplorasi, besaran Q diprediksi untuk memberikan kompensasi terhadap amplitudo gelombang seismik yang hilang dalam perambatannya.
Didalam mendeterminasi besaran Q, terdapat beberapa macam metoda. Metoda yang cukup sering digunakan di dalam industri migas adalah metoda rasio spektral, yakni Q merupakan slope (kemiringan) rasio natural logaritmik (ln) spektral ’gelombang dalam’ dengan ’gelombang dangkal’.
Untuk lebih jelasnya perhatikan diagram di bawah ini:

Diagram metoda rasio spektral
Diagram metoda rasio spektral

Akhir-akhir ini analisis Q mulai dilirik sebagai metoda yang cukup jitu didalam karakterisasi reservoar. Hal ini dilakukan karena Q lebih sensitif terhadap kehadiran gas maupun temperatur daripada sifat kecepatan gelombang seismik.
Contoh dibawah adalah Analisis Q untuk kasus monitoring zona minyak dan gas serta monitoring injeksi karbon dioksida. Apakah anda melihat bahwa gelombang lebih teratenuasi (Q rendah) di sekitar antiklin sebagai perangkap gas?
Contoh Analisis Q
Contoh Analisis Q



Adapun metode-metode yang digunakan dalam menentukan nilai atenuasi, yaitu:

a. Spectral Balancing


Koreksi NMO pada CDP gather dan efek atenuasi (Q) menyebabkan kandungan frekuensi dan amplitudo yang berbeda untuk near, mid, dan far offset traces. Kondisi seperti ini menyebabkan analisis AVO menjadi kurang sempurna demikian juga dengan produksi stack yang kurang optimal. Koreksi NMO menyebabkan terjadinya distorsi frekuensi dan amplitudo terutama pada far angle traces dan event yang yang dangkal.
Gambar di bawah ini mengilustrasikan perubahan kandungan frekuensi dan amplitudo akibat koreksi NMO pada domain waktu (kiri) dan domain frekuensi (kanan):

perubahan kandungan frekuensi dan amplitudo akibat koreksi NMO pada domain waktu (kiri) dan domain frekuensi (kanan)
perubahan kandungan frekuensi dan amplitudo akibat koreksi NMO pada domain waktu (kiri) dan domain frekuensi (kanan)
Courtesy YONG XU and SATINDER CHOPRA, TLE, 2007


Dari gambar di atas terlihat bahwa, pada domain waktu, koreksi NMO menyebabkan bandwidth gelombang seismik menjadi lebih lebar demikian juga dengan amplitudonya yang semakin besar. Pada domain frekuensi, kandungan frekuensi setalah NMO (merah putus-putus) menjadi bergeser kearah low frekuensi (bandingkan dengan frekuensi pada zero offset-berwarna merah tipis) demikian juga amplitudonya yang semakin tinggi, lebih dari itu, setelah koreksi NMO, komponen frekuensi tinggi menjadi hilang.

Pada data seismik real, selain diakibatkan oleh koreksi NMO, kehilangan komponen frekluensi tinggi pada far offset juga disebabkan oleh Q (atenuasi).

Perubahan kandungan frekuensi diatas sebenarnya masih mengikuti hukum kekekalan energi, dimana jumlah total energi dalam lingkupan frekuensi setelah dan sebelum koreksi NMO akan sama.


Teknik Spectral Balancing yang dikenal juga dengan stretching and tuning correction hadir dalam industri seismik eksplorasi untuk menyeimbangkan kandungan frekuensi dari near, mid dan far traces, yakni dengan melakukan kompensasi akibat distorsi NMO stretching dan atenuasi. Pada praktiknya, diperlukan filter baru dimana kandungan frekuensi mid dan far akan sama dengan near traces. Dikarenakan distorsi NMO tersebut merupakan time variant dan spatial variant, maka anda harus mendesain beberapa filter sebagai fungsi dari waktu dan space.

Gambar di bawah ini menunjukkan CDP gather untuk data seismik sintetik sebelum Spectral Balancing (kiri) dan setelah (kanan):
CDP gather untuk data seismik sintetik sebelum Spectral Balancing (kiri) dan setelah (kanan)
CDP gather untuk data seismik sintetik sebelum Spectral Balancing (kiri) dan setelah (kanan)
Courtesy Nirupama Nagarajappa and Jon Downton, 2009 CSPG CSEG CWLS Convention
Pada gambar di atas terlihat bahwa setelah Spectral Balancing kandungan bandwith antara near dan far traces menjadi lebih seimbang. Demikian juga dengan amplitudonya. Gambar di bawah ini menunjukkan kandungan frekuensi antara sebelum untuk near dan far (Input) dan setelah Spectral Balancing (Output). Pada data Input, terlihat ketidakhadiran komponen frekuensi tinggi pada far offset. Setelah Spectral Balancing kandungan frekuensi menjadi lebih mirip. Adanya perbedaan amplitudo pada data Output (lihat gambar) merupakan anomaly AVO yang sesungguhnya.
clip_image010
Courtesy Nirupama Nagarajappa and Jon Downton, 2009 CSPG CSEG CWLS Convention

Gambar di bawah ini menunjukkan perbandingan antara sebelum (atas) dan setelah (bawah) Spectral Balancing pada stack data. Data setelah Spectral Balancing terlihat lebih ‘crispy’ dimana event-event frekuensi tinggi lebih muncul demikian juga dengan peningkatan resolusi temporalnya.

clip_image012
Courtesy YONG XU and SATINDER CHOPRA, TLE, 2007
Gambar di bawah ini menunjukkan data sebelum (atas) dan setelah (bawah) Spectral Balancing untuk penampang Product Intercept * Gradient. Perhatikan reflektor–refelektor setelah Spectral Balancing dapat terdefinisikan dengan lebih baik.
clip_image014
Courtesy YONG XU and SATINDER CHOPRA, TLE, 2007

b. Metode Rasio Spektral (Spectral Ratio Method)

Metode rasio spektral adalah salah satu metode yang digunakan untuk menghitung harga faktor kualitas suatu medium (Q) dari data seismik. Harga Q yang diperoleh dapat digunakan untuk melakukan koreksi amplitudo dan fasa akibat adanya efek atenuasi. Menurut Munadi (2000), metode rasio spektral pada hakekatnya membandingkan spektrum amplitudo di suatu tempat A1(ω) terhadap spektrum amplitudo di satu referensi A2(ω).

clip_image016 (1)

Sementara secara umum, amplitudo pada posisi tertentu A(ω) dapat dituliskan sebagai fungsi dari amplitudo pada posisi awal A0(ω)

A(ω)=G(x)A0(ω)e-α(ω)x (2)


dengan catatan G(x)=1/x adalah faktor geometri.
Untuk 2 posisi yang berbeda, yaitu posisi 1 dan 2, maka:


A1(ω)=G(x1)A0(ω)clip_image018
A1(ω)=G(x2)A0(ω)clip_image020 (3)

sehingga persamaan (1) menjadi:

clip_image022 (4)
clip_image024 (5)

dengan,

clip_image026

Bila ditulis α(ω)(x1 - x2)=ωt/2Q, maka persamaan (5) menjadi:

clip_image028 (6)

Atau

lnclip_image030 (7)

Karena ω=2πf, maka persamaan (7) dapat dituliskan menjadi:

lnclip_image032 (8)

Persamaan (8) menyatakan bahwa jika kita membuat plot antara rasio spektrum ln[B(ω)] terhadap frekuensi , maka grafiknya akan berupa suatu garis lurus dengan kemiringan (slope) -πt/Q. Jika kita definisikan slope sebagai konstanta β maka faktor kualitas kini dapat dihitung dari

clip_image034 (9)

Dengan catatan t adalah waktu penjalaran untuk menempuh jarak x1 - x2 dan α menggunakan satuan nepers/wavelength. Jika kita ubah ke dalam satuan decibel/wavelength, maka persamaan (9) menjadi (Hauge, 1981).

clip_image036 (10)

Kini perhatikan Gambar 1 yang menggambarkan suatu penampang seismik laut di Indonesia. Terlihat amplitudo di bawah two-way-time 3.5s mengalami pelemahan akibat efek atenuasi. Dua buah window didesain untuk menganalisis spektrum amplitudo pada masing-masing window.
Gambar 2. Spektrum amplitudo untuk penampang seismik di Gambar 1.
Gambar 2. Spektrum amplitudo untuk penampang seismik di Gambar 1.

Jika kedua spektrum pada Gambar 2 kita lakukan pembagian, maka hasilnya akan terlihat seperti pada Gambar 3. Dari kurva pada Gambar 3 ini, dapat kita buat sebuah “linear amplitude trend” di mana jika kemiringan (slope) dari garis linier ini kita masukkan ke persamaan (10) akan didapatkan besarnya harga Q.
Gambar 3. Estimasi harga Q dengan cara spectral division. Slope dari garis linier (merah) jika dimasukkan ke dalam persamaan (10) akan memberikan estimasi harga Q.
Gambar 3. Estimasi harga Q dengan cara spectral division. Slope dari garis linier (merah) jika dimasukkan ke dalam persamaan (10) akan memberikan estimasi harga Q.




c. Amplitude and Attenuation Tomography

Kehadiran medium yang bersifat atenuasi pada zona dangkal seperti kantung-kantung gas (shallow gas pockets), channels, dll., mempengaruhi amplitudo, fasa, dan bandwidth (frekuensi) reflektor yang menjadi zona target eksplorasi. Pada kondisi tersebut, pekerjaan karakterisasi reservoir seperti AVO, Seismic Inversion, Multi attribute, dll., harus dikerjakan dengan hati-hati mengingat amplitudo, fasa dan frekuensi gelombang seismik bisa berubah dari satu lokasi ke lokasi lainnya. Demikian juga dengan CMP gather untuk analisis AVO, amplitudo, fasa dan frekuensinya dapat berubah dari satu trace ke trace yang lainnya. (lihat penjelasan Q migration dan velocity dispersion yang menunjukkan Q dapat merubah amplitudo, fasa dan frekuensi).

Gambar di bawah ini menunjukkan rekaman near angle stack untuk lapangan di Indonesia. Perhatikan kehadiran shallow gas pocket menyebabkan amplitude dimming pada reflektor di bawahnya (tentu saja fasa dan frekuensinya pun berubah).
clip_image042
Courtesy Rudiana et. al., Proceeding Indonesian Petroleum Association, 2008

Untuk contoh data di atas, pekerjaan seismik inversi tidak bisa dilakukan hanya dengan menggunakan satu wavelet dengan fasa dan frekuensi tertentu, kecuali jika kita mengkompensasi perubahan amplitudo, fasa dan frekuensi reflektor yang disebabkan oleh kehadiran shallow gas pocket tersebut.
Ilustrasi di bawah ini menjelaskan bagaimana karakter amplitudo pada zona target akibat kehadiran shallow gas pocket.
clip_image044

Near trace 2 kali menembus kantung gas, Mid menembus satu kali, sedangkan Far tidak menembus kantung gas sama sekali. Pada situasi seperti ini, pada CMP gather kita akan memperoleh Far dengan amplitudo yang jauh lebih tinggi daripada Near (AVO kelas III). Disini terlihat jelas bahwa kehadiran kantung gas tersebut bisa menghasilkan fenomena AVO yang semu. Untuk mengkompensasi perubahan amplitudo, fasa serta frekuensi akibat kehadiran high attenuative medium pada zona dangkal, beberapa oil service company seperti halnya CGG Veritas menerapkan teknik Tomographic Amplitude Inversion untuk mengkompensasi Amplitudo dan Tomographic Q Inversion untuk memperoleh Q yang digunakan untuk mengkompensasi bandwidth dan fasa dalam Q migration.


Secara garis besar teknik tomography tersebut terdiri dari beberapa proses utama antara lain: diskritisasi model bumi menjadi beberapa sistem sel, penelusuran jejak sinar (ray tracing), estimasi parameter atenuasi (rasio spectra), pengukuran amplitudo dan inversi untuk memperoleh amplitudo dan Q. Data seismik yang digunakan adalah PreSDM (Prestack Depth Migration) dalam domain CIGs (Common Image Gathers). Dikarenakan atenuasi tergantung pada frekuensi (frequency dependent), data seismic difilter dan dikelompokkan ke dalam beberapa rentang frekuensi. Selanjutnya untuk masing-masing jejak sinar, nilai parameter atenuasi untuk masing-masing event diukur dengan menggunakan spectral ratio method
Sistem persamaan attenuation tomography dapat ditunjukkan dengan:


Fm = a

Dimana:
F = Frechet derivative matrix,
m = vektor untuk perturbasi atenuasi, dan
a = vektor ratio amplitude (attenuation parameter).

Untuk amplitude tomography, elemen untuk matrix a memenuhi:

clip_image046

Dimana aijk adalah amplitudo yang terukur pada sel tomography, a0ijk adalah amplitudo referensi pada sel, αxyz adalah faktor atenuasi (spectral ratio) dan lxyz panjang jejak sinar di setiap sel tomography. Sedangkan untuk attenuation tomography mengikuti persamaan sbb:


clip_image048

Qijk adalah Q pada sistem sel tomography, f adalah frekuensi, l adalah panjang jejak sinar pada setiap sel, Ao adalah amplitudo referensi untuk event tertentu dan Aijk adalah amplitudo setelah terpengaruhi oleh atenuasi pada sel tertentu dan v adalah kecepatan. Gambar di bawah ini menunjukkan model benda atenuatif yang berwarna oranye , jejak sinar pada gerbang CIGs untuk 5 reflektor (atas) serta hasil rekonstruksi tomography-nya (bawah).

clip_image050
Courtesy Xin et. al., CGG Veritas
Gambar di bawah ini menunjukkan contoh aplikasi Amplitude Tomography, sebelum kompensasi amplitudo (atas) dan setelah kompensasi (bawah). Perhatikan distribusi bright amplitude pada time slice maupun penampang inline maupun xline yang sebelumnya tidak terlihat.
clip_image052
Courtesy Xin et. al., CGG Veritas

d. Frekuensi Sesaat (Instantaneous Frequency )

Fekuensi Sesaat merepresentasikan besarnya perubahan Fasa Sesaat terhadap waktu atau sebagai slope jejak Fasa yang diperoleh dari turunan pertama dari Fasa Sesaat :
Persamaan (1)

clip_image054

Frequensi Sesaat (b) sebagai turunan pertama Fasa Sesaat (a)
Frequensi Sesaat (b) sebagai turunan pertama Fasa Sesaat (a)


Frekuensi Sesaat memiliki rentang frekuensi dari (–) Frekuensi Nyquist sampai (+) Frekuensi Nyquist, tetapi sebagian besar Frekuensi Sesaat bernilai positif. 

Frekuensi Sesaat memberikan informasi tentang perilaku gelombang seismik yang mempengaruhi perubahan frekuensi seperti efek absorbsi, rekahan, dan ketebalan sistem pengendapan. Atenuasi gelombang seismik ketika melewati reservoir gas dapat dideteksi sebagai penurunan frekuensi, fenomena ini lebih dikenal dengan ‘low frequency shadow’ (Barnes, Arthur E.,1999). Hilangnya frekuensi tinggi menunjukkan daerah overpressure.

Contoh-contoh:

  1. Sebuah sinyal dikirim melalui media transmisi dengan daya 100 mW. Jika pada penerima daya terukur sebesar 50 mW, berapa Atenuasi media transmisi tersebut?
Jawab:

P1 = 100 mW
P2 = 50 mW
Atenuasi = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (100/50) = 3 dB

  1. Sebuah media transmisi diketahui memiliki Atenuasi sebesar 10 dB. Jika daya terkirim diketahui sebesar 100 mW. Berapa daya yang diterima?
Jawab:

Diketahui: Atenuasi = 10 dB dan P1 = 100 mW
Atenuasi = 10 log10 (P1/P2)
log10 (P1/P2) = 1
P1/P2 = 10
P2 = P1/10 = 100/10 = 10 mW

  1. Sebuah saluran transmisi yang menghubungkan dua buah DTE dibuat dari tiga bagian. Masing-masing bagian memiliki atenuasi berbeda. Bagian pertama memiliki atenuasi 16 dB. Bagian kedua menggunakan amplifier dengan penguatan 20 dB. Dan bagian ketiga memiliki atenuasi 10 dB. Jika daya sinyal yang ditransmisikan sebesar 400 mW, tentukan daya sinyal di bagian penerima?
Jawab:

Untuk bagian pertama (atenuasi):
16 dB = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (400/P2)
P2 = 10,0475 mW
Untuk bagian kedua (amplifikasi/penguatan):
20 dB = 10 log10 (P2/P1) = 10 log10 (P2/10,0475)
P2 = 1004,75 mW
Untuk bagian ketiga (atenuasi):
10 dB = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (1004,75/P2)
P2 = 100,475 mW
Jadi daya sinyal pada bagian penerima = 100,475 mW.

  1. Sebuah media transmisi memiliki 4 bagian. Masing-masing dengan atenuasi 20dB, amplifikasi 20 dB, atenuasi 5 dB dan atenuasi 5 dB. Jika daya sinyal yang dikirim sebesar 100 mW, berapa daya sinyal yang diterima?
Jawab:

Keseluruhan atenuasi dari media transmisi adalah = 20 dB – 20 dB + 5 dB + 5 dB = 10 dB
10 dB = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (100/P2)
P2 = 10 mW
Jadi daya sinyal yang diterima adalah 10 mW.

Judul : Pengukuran Atenuasi
Disusun Oleh : Kelompok 7 Fisika Nondik 2008 UNIMED
Technorati Tags: ,,,,Sains,Fisika
Share this post

0 comments

Comment & suggestion....

:) :-) :)) =)) :( :-( :(( :d :-d @-) :p :o :>) (o) [-( :-? (p) :-s (m) 8-) :-t :-b b-( :-# =p~ :-$ (b) (f) x-) (k) (h) (c) cheer

 
© 2013 Dark Wizard of Scientist
Original Designed by BlogThietKe Cooperated with Duy Pham
Released under Creative Commons 3.0 CC BY-NC 3.0
Posts RSS Comments RSS
Back to top