Perpustakaan Digital ITB

Sifat elastisitas batuan merupakan parameter fundamental dalam berbagai bidang karakterisasi geomekanika, hidrokarbon, panas bumi, serta berbagai aplikasi geofisika lainnya. Kajian sifat batuan menggunakan metode digital rock physics (DRP) banyak dilakukan karena berbagai kelebihan seperti nondestruktif, dapat diulangi, dan efisien. Namun, banyak kajian yang masih dilakukan dalam kondisi statik dan belum mempertimbangkan perubahan mikrostruktur batuan akibat tekanan. Padahal perubahan geometri pori dan rekahan akibat tekanan dapat memodifikasi distribusi stiffness serta anisotropi elastik batuan secara signifikan. Selain itu, ketidakpastian parameter elastisitas mineral lempung, khususnya illite, masih menjadi salah satu sumber utama deviasi dalam simulasi numerik batuan digital karena nilai modulus elastiknya diperoleh dari asumsi empiris atau nilai referensi yang belum tentu sesuai dengan kondisi geologi lokal. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk (1) mengkuantifikasi hubungan antara geometri pori seperti aspect ratio, orientasi tiga dimensi, dan dual porosity (porositas ganda) terhadap parameter elastik batuan; (2) menganalisis hubungan antara evolusi mikrostruktur akibat pembebanan dengan perubahan anisotropi elastik menggunakan integrasi pencitraan mikro-CT dan simulasi DRP; serta (3) mengembangkan inversi berbasis data mineralogi dan data log sumur untuk mengestimasi modulus bulk dan modulus geser mineral illite sebagai parameter input yang lebih representatif dalam simulasi DRP batuan mengandung lempung. Metodologi penelitian yang dilakukan meliputi tiga tahapan utama, yaitu pembangunan model digital batuan terekah dengan variasi geometri fracture yang dianalisis menggunakan metode elemen hingga (FEM). Kedua, pengembangan sistem pencitraan batuan tertekan untuk memperoleh citra digital tiga dimensi batuan pada berbagai kondisi tekanan yang kemudian dianalisis menggunakan simulasi DRP berbasis numerik untuk mengetahui distribusi tensor kekakuan dan anisotropi elastik. Terakhir, pengembangan metode inversi modulus elastisitas mineral illite menggunakan integrasi data XRD, petrografi, dan data log sumur melalui pendekatan Voigt-Reuss-Hill (VRH) dan Self-Consistent Approximation (SCA). Penelitian ini menawarkan kebaruan berupa integrasi multiskala antara pencitraan digital batuan tertekan, simulasi numerik berbasis FEM, dan data log sumur dalam kerangka Digital Rock Physics-Well Tie (DWT) untuk menghubungkan karakteristik mikrostruktur batuan pada skala pori dengan respons geofisika pada skala lapangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa selain porositas, geometri rekahan merupakan salah satu pengontrol utama sifat elastik batuan. Pada model rekahan berbentuk elips, peningkatan aspect ratio dari 0,2 menjadi 0,5 menurunkan konstanta peluruhan eksponensial modulus bulk dari 0,0550 menjadi 0,0215 (sekitar 61%), yang menunjukkan bahwa rekahan dengan aspect ratio lebih besar menyebabkan penurunan modulus yang lebih lambat akibat distribusi tegangan yang lebih homogen. Selain itu, variasi orientasi rekahan menghasilkan perubahan distribusi tegangan, energi elastik, dan tensor kekakuan homogen sehingga pada konfigurasi model dan prosedur homogenisasi yang digunakan, orientasi sekitar 45° menghasilkan modulus elastik efektif relatif lebih tinggi. Model dual porosity yang digunakan dalam penelitian menunjukkan bahwa ketika pori matriks tetap, penambahan volume rekahan akan menjadi faktor dominan yang mengontrol perubahan nilai modulus. Pengembangan sistem pembebanan ketika pemindaian berhasil digunakan untuk mengamati evolusi mikrostruktur batuan selama pembebanan dan menghubungkannya dengan perubahan sifat elastik hasil simulasi DRP. Perubahan mikrostruktur seperti pembukaan maupun penutupan fracture terjadi tidak hanya searah tekanan, melainkan juga secara lateral. Analisis sifat elastisitas dan anisotropi menggunakan FEM menunjukkan bahwa terdapat empat tahapan sampai batuan mengalami failure, yaitu initial state, crack closure, pembentukan fracture baru, dan crack coalescence atau failure. Proses crack closure diinterpretasikan berdasarkan perubahan morfologi rekahan yang masih dapat diresolusi, perubahan distribusi intensitas keabuan citra, serta perubahan sifat elastik hasil simulasi. Pembebanan uniaksial meningkatkan komponen kekakuan aksial (C33) pada tahap awal akibat peningkatan kontinuitas jalur transfer tegangan, kemudian menurun menjelang terjadinya kerusakan akibat berkembangnya rekahan baru. Selain itu, distribusi tegangan yang tidak homogen menyebabkan bagian distal mengalami penurunan stiffness yang lebih besar dibandingkan dengan bagian proximal. Metode inversi berhasil mengestimasi modulus elastik mineral illite yang lebih representatif dibandingkan dengan penggunaan nilai dari literatur. Pendekatan VRH menghasilkan modulus bulk dan modulus geser illite masing-masing sebesar 41,87 GPa dan 22,73 GPa, sedangkan pendekatan SCA menghasilkan modulus bulk sekitar 43-46 GPa dan modulus geser sekitar 14-15 GPa. Perbedaan tersebut mencerminkan pentingnya memasukkan asumsi geometri matriks dan pori pada proses inversi. Adapun evaluasi menggunakan data log menunjukkan bahwa model SCA tiga fasa memberikan kecocokan terbaik dengan nilai MAPE 7,008% dan RMSE 0,2657 km/s untuk Vp, serta MAPE 9,321% dan RMSE 0,2232 km/s untuk Vs. Hasil tersebut menunjukkan bahwa integrasi data mineralogi dan log sumur mampu mengurangi ketidakpastian parameter elastik mineral pada simulasi DRP serta meningkatkan representasi sifat elastik batuan terhadap kondisi bawah permukaan.