Bahan geolistrik
TUGAS GEOLISTRIK
METODE TAHANAN JENIS
Disusun Oleh
Iq Sashmita Lova Marji
03111002001
Muhammad Firdaus Bakri
03111002036
Galih Bagus Nugraha
03111002061
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
2014
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR .................................................................................................
ii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ......................................................................................................
vii
BAB
I.
PENDAHULUAN....................................................................................
1
II.
TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................
3
II.
PEMBAHASAN......................................................................................
6
IV.
KESIMPULAN........................................................................................
15
V.
DAFTRAR PUSTAKA..............................................................................
16
VI.
LAMPIRAN............................................................................................
17
BAB I
PENDAHULUAN
Geolistrik pertama kali diperkenalkan oleh Conrad Schlumberger pada tahun
1912. Geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui
perubahan tahanan jenis lapisan batuan di bawah permukaan tanah dengan cara
mengalirkan arus listrik DC (‘Direct Current’) yang mempunyai tegangan tinggi ke
dalam tanah. Injeksi arus listrik ini menggunakan 2 buah ‘Elektroda Arus’ A dan B
yang ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak tertentu. Semakin panjang jarak
elektroda AB akan menyebabkan aliran arus listrik bisa menembus lapisan batuan
lebih dalam.Dengan adanya aliran arus listrik tersebut maka akan menimbulkan
tegangan listrik di dalam tanah.
Tegangan listrik yang terjadi di permukaan tanah diukur dengan
penggunakan multimeter yang terhubung melalui 2 buah ‘Elektroda Tegangan’ M
dan N yang jaraknya lebih pendek dari pada jarak elektroda AB. Bila posisi jarak
elektroda AB diubah menjadi lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada
elektroda MN ikut berubah sesuai dengan informasi jenis batuan yang ikut terinjeksi
arus listrik pada kedalaman yang lebih besar.Dengan asumsi bahwa kedalaman
lapisan batuan yang bisa ditembus oleh arus listrik ini sama dengan separuh dari
jarak AB yang biasa disebut AB/2 (bila digunakan arus listrik DC murni), maka
diperkirakan pengaruh dari injeksi aliran arus listrik ini berbentuk setengah bola
dengan jari-jari AB/2.
Umumnya
metoda
geolistrik
yang
sering
digunakan
adalah
yang
menggunakan 4 buah elektroda yang terletak dalamsatu garis lurus serta simetris
terhadap titik tengah, yaitu 2 buah elektroda arus (AB) di bagian luar dan 2 buah
elektroda ntegangan (MN) di bagian dalam.Kombinasi dari jarak AB/2, jarak MN/2,
besarnya arus listrik yang dialirkan serta tegangan listrik yang terjadi akan didapat
suatu harga tahanan jenis semu (‘Apparent Resistivity’). Disebut tahanan jenis semu
karena tahanan jenis yang terhitung tersebut merupakan gabungan dari banyak
lapisan batuan di bawah permukaan yang dilalui arus listrik.
Bila satu set hasil pengukuran tahanan jenis semu dari jarak AB terpendek
sampai yang terpanjang tersebut digambarkan pada grafik logaritma ganda dengan
jarak AB/2 sebagai sumbu-X dan tahanan jenis semu sebagai sumbu Y, maka akan
didapat suatu bentuk kurva data geolistrik. Dari kurva data tersebut bisa dihitung dan
diduga sifat lapisan batuan di bawah permukaan.
( Gambar I.1 Cara Kerja Metode Geolistrik )
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Geolistrik salah satu metode dalam geofisika yang mempelajari sifat aliran
listrik di dalam bumi. Pendeteksian di atas permukaan meliputi pengukuran medan
potensial, arus, dan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah maupun akibat
penginjeksian arus ke dalam bumi. Metode geolistrik yang terkenal : metode
Potensial Diri (SP), arus telluric, magnetotelluric, elektromagnetik, IP (Polarization),
dan resistivitas (tahanan jenis) (Reynolds, 1997).Metode geolistrik resistivitas
merupakan metode geolistrik yang mempelajari sifat resistivitas (tahanan jenis)
listrik dari lapisan batuan di dalam bumi (Hendrajaya dan Idam, 1990). Pada
metode arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua buah elektroda arus dan
dilakukan pengukuran beda potensial melalui dua buah elektroda potensial. Dari
hasil pengukuran arus dan beda potensial listrik akan dapat dihitung variasi harga
resistivitas pada lapisan permukaan bumi di bawah titik ukur (Sounding point)
(Apparao, 1997). Pada metode ini dikenal banyak konfigurasi elektroda, diantaranya
yang sering digunakan adalah: konfigurasi Wenner, konfigurasi Schlumberger,
konfigurasi Wenner-Schlumberger, konfigurasi Dipol-dipol, Rectangle Line Source
dan sistem gradien 3 titik (Hendrajaya dan Idam, 1990).
Metode geolistrik resistivitas (tahanan jenis) adalah salah satu metode yang
cukup banyak digunakan dalam dunia eksplorasi khususnya eksplorasi air tanah
karena resistivitas dari batuan sangat sensitif terhadap kandungan airnya.
( Gambar II.1 Resistor )
Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari kelompok
metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan
dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah permukaan
bumi. Metode resistivitas umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300
– 500 m. Prinsip dalam metode yaitu arus listrik diinjeksikan ke alam bumi melalui
dua elektrode arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur melalui dua
elektrode potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial listrik dapat
diperoleh variasi harga resistivitas listrik pada lapisan di bawah titik ukur.
Metode kelistrikan resistivitas dilakukan dengan cara menginjeksikan arus listrik
dengan frekuensi rendah ke permukaan bumi yang kemudian diukur beda potensial
diantara dua buah elektrode potensial. Pada keadaan tertentu, pengukuran bawah
permukaan dengan arus yang tetap akan diperoleh suatu variasi beda tegangan yang
berakibat akan terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu informasi
tentang struktur dan material yang dilewatinya. Prinsip ini sama halnya dengan
menganggap bahwa material bumi memiliki sifat resistif atau seperti perilaku
resistor, dimana material-materialnya memiliki derajat yang berbeda dalam
menghantarkan arus listrik.
Berdasarkan pada tujuan penyelidikan, metode resistivitas dibedakan menjadi dua
yaitu mapping dan sounding. Metode geolistrik resistivitas mappingmerupakan
metode resistivitas yang bertujuan mempelajari variasi rasistivitas lapisan bawah
permukaan secara horisontal. Oleh karena itu, pada metode ini digunakan jarak spasi
elektrode yang tetap untuk semua titik datum di permukaan bumi. Sedangkan metode
resistivitas sounding bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas lapisan bawah
permukaan bumi secaravertikal. Pada metode ini pengukuran pada satu titik ukur
dilakukan dengan cara mengubah-ubah jarak elektrode. Pengubahan jarak elektrode
tidak dilakukan secara sembarang, tetapi mulai jarak elektrode kecil kemudian
membesar secara gradual. Jarak elektrode ini sebanding dengan kedalaman lapisan
yang terdeteksi. Dan lagi lagi dapat dikatakan Pada metode ini pengukuran pada satu
titik ukur dilakukan dengan cara mengubah-ubah jarak elektrode
Kegunaan Geolistrik
Mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan sampai kedalaman
sekitar 300 m sangat berguna untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan akifer
yaitu lapisan batuan yang merupakan lapisan pembawa air. Umumnya yang dicari
adalah ‘confined aquifer’ yaitu lapisan akifer yang diapit oleh lapisan batuan kedap
air (misalnya lapisan lempung) pada bagian bawah dan bagian atas. ‘Confined’ akifer
ini mempunyai ‘recharge’ yang relatif jauh, sehingga ketersediaan air tanah di bawah
titik bor tidak terpengaruh oleh perubahan cuaca setempat.Geolistrik ini bisa untuk
mendeteksi adanya lapisan tambang yang mempunyai kontras resistivitas dengan
lapisan batuan pada bagian atas dan bawahnya. Bisa juga untuk mengetahui
perkiraan kedalaman ‘bedrock’ untuk fondasi bangunan.Metoda geolistrik juga bisa
untuk menduga adanya panas bumi (geotermal) di bawah permukaan. Hanya saja
metoda ini merupakan salah satu metoda bantu dari metoda geofisika yang lain untuk
mengetahui secara pasti keberadaan sumber panas bumi di bawah permukaan.
BAB III
PEMBAHASAN
Pada bahasan ini kita akan memahami konsep fisika yang terlibat pada
metode tahanan jenis bawah permukaan tanah. Tentunya kita tahu bahwa batuan
dan mineral yang ada di bumi memiliki sifat listrik. Sifat listrik batuan maupun
mineral terdiri atas potensial listrik alami, konduktivitas listrik, dan konstanta
dielektrik. Konduktivitas listrik adalah sifat yang paling dominan dibandingkan yang
lainnya.
Arus listrik dapat mengalir pada batuan mineral melalui 3 cara yaitu
1. Konduksi elektronik
Konduksi elektronik merupakan aliran elektron bebas yang terdapat pada batuan
maupun mineral. Karena pada batuan/ mineral ini terdapat banyak elektron bebas
didalamnya sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan/ mineral oleh elektron bebas.
2. Elektrolitik
Konduksi elektrolitik terjadi ketika pori – pori batuan atau mineral yang terisi oleh
fluida elektrolitik, dimana aliran muatan terjadi melalui aliran aliran ion elektrolit.
Intinya adalah arus listrik dibawa oleh ion ion elektrolit.
3. Dielektrik
Konduksi dielektrik terjadi bila batuan atau mineral berperan sebagai dielektrik
ketika dialiri arus sehingga terjadi polarisasi pada batuan ataupun mineral tersebut.
Konduktivitas listrik ( σ kebalikan dari resistivitas ) bergantung pada porositas
batuan dan mobilitas dari air ( atau fluida lainnya ) untuk melewati ruang berpori
( bergantung pada sifat mobilitas ionik dan konsentrasi larutan, viskositas ( ɳ )
temperatur , dan tekanan. Ada beberapa jenis potensial yang menyebabkan anomali
self potensial.
Tabel 1. Sumber batuan dan jenis anomalinya
Pada eksplorasi kondisi bawah permukaan tanah terdapat berbagai macam metode,
salah satunya adalah metode geolistrik. Dengan metode geolistrik, kita dapat
menyelidiki sifat aliran listrik didalam bumi kemudian mengukur respon berupa beda
potensial, arus listrik, dan medan elektromagnetik ( baik yang alami maupun
injeksi ). Metode tahanan jenis ( resistivitas ) menggunakan sumber arus listrik. Arus
listrik diinjeksikan ke tanah melalui elektroda elektroda arus. Pengukuran beda
potensial dilakukan dengan menggunakan elektroda potensial yang ditancapkan pada
tanah di daerah sekitar tempat arus listrik diinjeksikan.
Konsep Resistivitas Semu
Dengan mengetahui arus yang diinjeksikan dan mengukur beda potensial di sekitar
tempat arus diinjeksikan, maka nilai tahanan jenis tanah dapat diperoleh. Nilai
tahanan
jenis
yang
diperoleh
dari
hasil
pengukuran
disebut
sebagai
apparent resistivity atau resistivitas semu. Metode ini mengasumsikan bahwa bumi
mempunyai sifat homogen isotropis. Dalam kondisi yang sesungguhnya, tanah
bersifat tidak homogen karena bumi terdiri atas lapisan – lapisan dengan p yang
berbeda beda, sehingga nilai resistivitas yang kita peroleh merupakan nilai
resistivitas yang mewakili nilai resistivitas seluruh lapisan yang terlalui oleh garis
ekipotensial. Metode resistivitas ini sering dimanfaatkan dalam dunia eksplorasi
untuk beberapa keperluan antara lain untuk pencarian reservoir geothermal dan
ekplorasi air tanah.
Terdapat beberapa macam susunan/ konfigurasi elektroda untuk akuisisi data pada
resistivitas. Secara umum konfigurasi elektroda pada akuisisi data adalah
(Gambar III.1. Konfigurasi elektroda pada akuisisi data)
Nilai ( apparent resistivity ) dapat diperoleh dengan menggunakan hubungan :
Dengan adalah beda potensial antara titik M dan N, I adalah arus, dan K adalah
faktor konfigurasi yang bernilai :
Beberapa macam konfigurasi yang telah ada antara lain konfigurasi Wenner,
Schlumberger, pole – dipole, dipole – dipole, dan sebagainya. Penggunaan
konfigurasi – konfigurasi tersebut memiliki keunggulan dan kelemahan masing
masing bergantung pada keperluan pengguna. Sebagai contoh, konfigurasi wenner
paling baik digunakan untuk keperluan lateral mapping, sedangkan konigurasi
Schlumberger biasanya digunakan untuk keperluan vertical sounding.
Konfigurasi
Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang ke 4 buah
elektrodanya terletak dalam satu garis lurus dengan posisi elektroda AB dan MN
yang simetris terhadap titik pusat pada kedua sisi yaitu konfigurasi Wenner dan
Schlumberger. Setiap konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk
mengetahui nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan di bawah permukaan. Metoda
geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit yang banyak
digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan dengan
biaya survei yang relatif murah.
Umumnya lapisan batuan tidak mempunyai sifat homogen sempurna, seperti yang
dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik. Untuk posisi lapisan batuan yang terletak
dekat dengan permukaan tanah akan sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran
tegangan dan ini akan membuat data geolistrik menjadi menyimpang dari nilai
sebenarnya. Yang dapat mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah fragmen
batuan lain yang menyisip pada lapisan, faktor ketidakseragaman dari pelapukan
batuan induk, material yang terkandung pada jalan, genangan air setempat, perpipaan
dari bahan logam yang bisa menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ke
tanah dsbnya.
‘Spontaneous Potential’ yaitu tegangan listrik alami yang umumnya terdapat pada
lapisan batuan disebabkan oleh adanya larutan penghantar yang secara kimiawi
menimbulkan perbedaan tegangan pada mineral-mineral dari lapisan batuan yang
berbeda juga akan menyebabkan ketidak-homogenan lapisan batuan. Perbedaan
tegangan listrik ini umumnya relatif kecil, tetapi bila digunakan konfigurasi
Schlumberger dengan jarak elektroda AB yang panjang dan jarak MN yang relatif
pendek, maka ada kemungkinan tegangan listrik alami tersebut ikut menyumbang
pada hasil pengukuran tegangan listrik pada elektroda MN, sehingga data yang
terukur menjadi kurang benar.
Untuk mengatasi adanya tegangan listrik alami ini hendaknya sebelum dilakukan
pengaliran arus listrik, multimeter diset pada tegangan listrik alami tersebut dan
kedudukan awal dari multimeter dibuat menjadi nol. Dengan demikian alat ukur
multimeter akan menunjukkan tegangan listrik yang benar-benar diakibatkan oleh
pengiriman arus pada elektroda AB. Multimeter yang mempunyai fasilitas seperti ini
hanya terdapat pada multimeter dengan akurasi tinggi.
Konfigurasi Wenner
Konfigurasi Wenner
Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian pembacaan tegangan pada
elektroda MN lebih baik dengan angka yang relatif besar karena elektroda MN yang
relatif dekat dengan elektroda AB. Disini bisa digunakan alat ukur multimeter
dengan impedansi yang relatif lebih kecil.
Sedangkan kelemahannya adalah tidak bisa mendeteksi homogenitas batuan di dekat
permukaan yang bisa berpengaruh terhadap hasil perhitungan. Data yang didapat dari
cara konfigurasi Wenner, sangat sulit untuk menghilangkan factor non homogenitas
batuan, sehingga hasil perhitungan menjadi kurang akurat.
Konfigurasi Schlumberger
Pada konfigurasi Schlumberger idealnya jarak MN dibuat sekecil-kecilnya, sehingga
jarak MN secara teoritis tidak berubah. Tetapi karena keterbatasan kepekaan alat
ukur, maka ketika jarak AB sudah relatif besar maka jarak MN hendaknya dirubah.
Perubahan jarak MN hendaknya tidak lebih besar dari 1/5 jarak AB.
Konfigurasi Schlumberger
Kelemahan dari konfigurasi Schlumberger ini adalah pembacaan tegangan pada
elektroda MN adalah lebih kecil terutama ketika jarak AB yang relatif jauh, sehingga
diperlukan alat ukur multimeter yang mempunyai karakteristik ‘high impedance’
dengan akurasi tinggi yaitu yang bisa mendisplay tegangan minimal 4 digit atau 2
digit di belakang koma. Atau dengan cara lain diperlukan peralatan pengirim arus
yang mempunyai tegangan listrik DC yang sangat tinggi.
Sedangkan keunggulan konfigurasi Schlumberger ini adalah kemampuan untuk
mendeteksi adanya non-homogenitas lapisan batuan pada permukaan, yaitu dengan
membandingkan nilai resistivitas semu ketika terjadi perubahan jarak elektroda
MN/2.
Agar pembacaan tegangan pada elektroda MN bisa dipercaya, maka ketika jarak AB
relatif besar hendaknya jarak elektroda MN juga diperbesar. Pertimbangan perubahan
jarak elektroda MN terhadap jarak elektroda AB yaitu ketika pembacaan tegangan
listrik pada multimeter sudah demikian kecil, misalnya 1.0 milliVolt.
Umumnya perubahan jarak MN bisa dilakukan bila telah tercapai perbandingan
antara jarak MN berbanding jarak AB = 1 : 20. Perbandingan yang lebih kecil
misalnya 1 : 50 bisa dilakukan bila mempunyai alat utama pengirim arus yang
mempunyai keluaran tegangan listrik DC sangat besar, katakanlah 1000 Volt atau
lebih, sehingga beda tegangan yang terukur pada elektroda MN tidak lebih kecil dari
1.0 milliVolt.
Parameter yang diukur :
1.
Jarak antara stasiun dengan elektroda-elektroda (AB/2 dan MN/2)
2.
Arus (I)
3.
Beda Potensial (∆ V)
Parameter yang dihitung :
1.
Tahanan jenis (R)
2.
Faktor geometrik (K)
3.
Tahanan jenis semu (ρ )
Cara
intepretasi Schlumberger adalah
dengan
metode
penyamaan
kuva
(kurva matching). Ada 3 (tiga) macam kurva yang perlu diperhatikan dalam
intepretasi Schlumberger dengan metode penyamaan kurva, yaitu :
Kurva Baku
Kurva Bantu, terdiri dari tipe H, A, K dan Q
Kurva Lapangan
Untuk mengetahui jenis kurva bantu yang akan dipakai, perlu diketahui bentuk
umum masing-masing kurva lapangannya.
Kurva bantu H, menunjukan harga ρ minimum dan adanya variasi 3 lapisan
dengan ρ1 > ρ2 < ρ3.
Kurva bantu A, menunjukkan pertambahan harga ρ dan variasi lapisan
dengan ρ1 < ρ2 < ρ3.
Kurva bantu, K menunjukan harga ρ maksimum dan variasi lapisan dengan
ρ1 < ρ2 > ρ3.
Kurva bantu Q, menunjukan penurunan harga ρ yang seragam : ρ1 > ρ2 > ρ3
(Gambar III.2 Kurva-Kurva Bantu Dalam Metode Penyamaan Kurva Schlumberger)
Alat-alat yang digunakan : kertas kalkir/mika plastik, kertas double log, marker OHP.
Plot nilai AB/2 vs ρ pada mika plastik diatas double log. AB/2 sebagai absis
dan ρ sebagai ordinat.
Buat kurva lapangan dari titik-titik tersebut secara smooth (tidak selalu harus
melalui titik-titik tersebut, untuk itu perlu dilihat penyebaran titik-titiknya secara
keseluruhan).
Pilih kurva Bantu apa saja yang sesuai dengan setiap bentukan kurva
lapangan.
Letakkan kurva lapangan diatas kurva baku, cari nilai P 1 merupakan
kedudukan :
d1’,ρ1’ (kedalaman terukur, tahanan jenis terukur)
d1’ = kedalaman lapisan perama = sebagai absis
ρ1 = tahanan jenis lapisan pertama = sebagai ordinat
Pindahlah kurva lapangan dan letakkan diatas tipe kurva Bantu pertama yang
telah ditentukan. Tarik garis putus-putus sesuai dengan harga ρ 1/ρ2 pada kurva Bantu
tersebut. Garis putus-putus sebagai kurva Bantu ini merupakan tempat kedudukan P2.
Kembalikan kurva lapangan diatas kurva baku, geser kurva lapangan
berikutnya sedemikian sehingga kurva baku pertama melalui pusat kurva baku.
Tentukan nilai ρ3/ρ2serta plot titik P2. (catatan : posisi sumbu-sumbunya harus sejajar
dengan sumbu-sumbu pada kurva Bantu)
Dari P2 dapat ditentukan d2’, ρ2’
Titik pusat P3, koordinat d3’, ρ3’ dan nilai kurva Bantu selanjutnya dapat
dicari dengan jalan yang sama.
Koreksi Kedalaman
Untuk titik-titik pusat (Pn) yang terletak pada kurva bantu tipe H, tidak perlu
dikoreksi.
Titik P pada kurva Bantu tipe A, K dan Q perlu dikoreksi.
Titik P1 apapun kurvanya tidak perlu dikoreksi.
(Gambar III.3 Contoh Kurva Bantu)
Titik P1, tidak perlu dikoreksi
Titik P2, tidak perlu dikoreksi karena terletakpada kurva Bantu tipe H
Titik P3 dan P4, perlu dikoreks nilai d (kedalaman), karena terletak pada kurva Bantu
selain tipe H.
BAB IV
KESIMPULAN
-
Geolistrik salah satu metode dalam geofisika yang mempelajari sifat
aliran listrik di dalam bumi
-
Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari
kelompok metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari
keadaan bawah permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik
di dalam batuan di bawah permukaan bumi. Metode resistivitas
umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300 – 500 m.
-
Geolistrik digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan
bawah permukaan sampai kedalaman sekitar 300 m sangat berguna
untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan akifer yaitu lapisan
batuan yang merupakan lapisan pembawa air
-
Dengan mengetahui arus yang diinjeksikan dan mengukur beda
potensial di sekitar tempat arus diinjeksikan, maka nilai tahanan jenis
tanah dapat diperoleh. Nilai tahanan jenis yang diperoleh dari hasil
pengukuran disebut sebagai apparent resistivity atau resistivitas semu.
DAFTAR PUSTAKA
1. Loke, M.H., “Electrical Imaging Surveys for Environmental and Engineering
Studies, 7A practical guide to 2-D and 3-D surveys”, Penang – Malaysia, 1999.
2. Schon, J.H., “Physical Properties of Rocks, Fundamentals and Principles of
Petrophysics”. Institute of Aplied Geophysics, Leoben, Austria, 1996. .
3. Telford. W.M.., Sheriff, R.E., Geldart, L.P., “Applied Geophysics”, 2
Cambridge
4. http//google.co.id
University
Press.
1990.
LAMPIRAN
METODE TAHANAN JENIS
Disusun Oleh
Iq Sashmita Lova Marji
03111002001
Muhammad Firdaus Bakri
03111002036
Galih Bagus Nugraha
03111002061
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
2014
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR .................................................................................................
ii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ......................................................................................................
vii
BAB
I.
PENDAHULUAN....................................................................................
1
II.
TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................
3
II.
PEMBAHASAN......................................................................................
6
IV.
KESIMPULAN........................................................................................
15
V.
DAFTRAR PUSTAKA..............................................................................
16
VI.
LAMPIRAN............................................................................................
17
BAB I
PENDAHULUAN
Geolistrik pertama kali diperkenalkan oleh Conrad Schlumberger pada tahun
1912. Geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui
perubahan tahanan jenis lapisan batuan di bawah permukaan tanah dengan cara
mengalirkan arus listrik DC (‘Direct Current’) yang mempunyai tegangan tinggi ke
dalam tanah. Injeksi arus listrik ini menggunakan 2 buah ‘Elektroda Arus’ A dan B
yang ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak tertentu. Semakin panjang jarak
elektroda AB akan menyebabkan aliran arus listrik bisa menembus lapisan batuan
lebih dalam.Dengan adanya aliran arus listrik tersebut maka akan menimbulkan
tegangan listrik di dalam tanah.
Tegangan listrik yang terjadi di permukaan tanah diukur dengan
penggunakan multimeter yang terhubung melalui 2 buah ‘Elektroda Tegangan’ M
dan N yang jaraknya lebih pendek dari pada jarak elektroda AB. Bila posisi jarak
elektroda AB diubah menjadi lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada
elektroda MN ikut berubah sesuai dengan informasi jenis batuan yang ikut terinjeksi
arus listrik pada kedalaman yang lebih besar.Dengan asumsi bahwa kedalaman
lapisan batuan yang bisa ditembus oleh arus listrik ini sama dengan separuh dari
jarak AB yang biasa disebut AB/2 (bila digunakan arus listrik DC murni), maka
diperkirakan pengaruh dari injeksi aliran arus listrik ini berbentuk setengah bola
dengan jari-jari AB/2.
Umumnya
metoda
geolistrik
yang
sering
digunakan
adalah
yang
menggunakan 4 buah elektroda yang terletak dalamsatu garis lurus serta simetris
terhadap titik tengah, yaitu 2 buah elektroda arus (AB) di bagian luar dan 2 buah
elektroda ntegangan (MN) di bagian dalam.Kombinasi dari jarak AB/2, jarak MN/2,
besarnya arus listrik yang dialirkan serta tegangan listrik yang terjadi akan didapat
suatu harga tahanan jenis semu (‘Apparent Resistivity’). Disebut tahanan jenis semu
karena tahanan jenis yang terhitung tersebut merupakan gabungan dari banyak
lapisan batuan di bawah permukaan yang dilalui arus listrik.
Bila satu set hasil pengukuran tahanan jenis semu dari jarak AB terpendek
sampai yang terpanjang tersebut digambarkan pada grafik logaritma ganda dengan
jarak AB/2 sebagai sumbu-X dan tahanan jenis semu sebagai sumbu Y, maka akan
didapat suatu bentuk kurva data geolistrik. Dari kurva data tersebut bisa dihitung dan
diduga sifat lapisan batuan di bawah permukaan.
( Gambar I.1 Cara Kerja Metode Geolistrik )
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Geolistrik salah satu metode dalam geofisika yang mempelajari sifat aliran
listrik di dalam bumi. Pendeteksian di atas permukaan meliputi pengukuran medan
potensial, arus, dan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah maupun akibat
penginjeksian arus ke dalam bumi. Metode geolistrik yang terkenal : metode
Potensial Diri (SP), arus telluric, magnetotelluric, elektromagnetik, IP (Polarization),
dan resistivitas (tahanan jenis) (Reynolds, 1997).Metode geolistrik resistivitas
merupakan metode geolistrik yang mempelajari sifat resistivitas (tahanan jenis)
listrik dari lapisan batuan di dalam bumi (Hendrajaya dan Idam, 1990). Pada
metode arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua buah elektroda arus dan
dilakukan pengukuran beda potensial melalui dua buah elektroda potensial. Dari
hasil pengukuran arus dan beda potensial listrik akan dapat dihitung variasi harga
resistivitas pada lapisan permukaan bumi di bawah titik ukur (Sounding point)
(Apparao, 1997). Pada metode ini dikenal banyak konfigurasi elektroda, diantaranya
yang sering digunakan adalah: konfigurasi Wenner, konfigurasi Schlumberger,
konfigurasi Wenner-Schlumberger, konfigurasi Dipol-dipol, Rectangle Line Source
dan sistem gradien 3 titik (Hendrajaya dan Idam, 1990).
Metode geolistrik resistivitas (tahanan jenis) adalah salah satu metode yang
cukup banyak digunakan dalam dunia eksplorasi khususnya eksplorasi air tanah
karena resistivitas dari batuan sangat sensitif terhadap kandungan airnya.
( Gambar II.1 Resistor )
Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari kelompok
metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan
dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah permukaan
bumi. Metode resistivitas umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300
– 500 m. Prinsip dalam metode yaitu arus listrik diinjeksikan ke alam bumi melalui
dua elektrode arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur melalui dua
elektrode potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial listrik dapat
diperoleh variasi harga resistivitas listrik pada lapisan di bawah titik ukur.
Metode kelistrikan resistivitas dilakukan dengan cara menginjeksikan arus listrik
dengan frekuensi rendah ke permukaan bumi yang kemudian diukur beda potensial
diantara dua buah elektrode potensial. Pada keadaan tertentu, pengukuran bawah
permukaan dengan arus yang tetap akan diperoleh suatu variasi beda tegangan yang
berakibat akan terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu informasi
tentang struktur dan material yang dilewatinya. Prinsip ini sama halnya dengan
menganggap bahwa material bumi memiliki sifat resistif atau seperti perilaku
resistor, dimana material-materialnya memiliki derajat yang berbeda dalam
menghantarkan arus listrik.
Berdasarkan pada tujuan penyelidikan, metode resistivitas dibedakan menjadi dua
yaitu mapping dan sounding. Metode geolistrik resistivitas mappingmerupakan
metode resistivitas yang bertujuan mempelajari variasi rasistivitas lapisan bawah
permukaan secara horisontal. Oleh karena itu, pada metode ini digunakan jarak spasi
elektrode yang tetap untuk semua titik datum di permukaan bumi. Sedangkan metode
resistivitas sounding bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas lapisan bawah
permukaan bumi secaravertikal. Pada metode ini pengukuran pada satu titik ukur
dilakukan dengan cara mengubah-ubah jarak elektrode. Pengubahan jarak elektrode
tidak dilakukan secara sembarang, tetapi mulai jarak elektrode kecil kemudian
membesar secara gradual. Jarak elektrode ini sebanding dengan kedalaman lapisan
yang terdeteksi. Dan lagi lagi dapat dikatakan Pada metode ini pengukuran pada satu
titik ukur dilakukan dengan cara mengubah-ubah jarak elektrode
Kegunaan Geolistrik
Mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan sampai kedalaman
sekitar 300 m sangat berguna untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan akifer
yaitu lapisan batuan yang merupakan lapisan pembawa air. Umumnya yang dicari
adalah ‘confined aquifer’ yaitu lapisan akifer yang diapit oleh lapisan batuan kedap
air (misalnya lapisan lempung) pada bagian bawah dan bagian atas. ‘Confined’ akifer
ini mempunyai ‘recharge’ yang relatif jauh, sehingga ketersediaan air tanah di bawah
titik bor tidak terpengaruh oleh perubahan cuaca setempat.Geolistrik ini bisa untuk
mendeteksi adanya lapisan tambang yang mempunyai kontras resistivitas dengan
lapisan batuan pada bagian atas dan bawahnya. Bisa juga untuk mengetahui
perkiraan kedalaman ‘bedrock’ untuk fondasi bangunan.Metoda geolistrik juga bisa
untuk menduga adanya panas bumi (geotermal) di bawah permukaan. Hanya saja
metoda ini merupakan salah satu metoda bantu dari metoda geofisika yang lain untuk
mengetahui secara pasti keberadaan sumber panas bumi di bawah permukaan.
BAB III
PEMBAHASAN
Pada bahasan ini kita akan memahami konsep fisika yang terlibat pada
metode tahanan jenis bawah permukaan tanah. Tentunya kita tahu bahwa batuan
dan mineral yang ada di bumi memiliki sifat listrik. Sifat listrik batuan maupun
mineral terdiri atas potensial listrik alami, konduktivitas listrik, dan konstanta
dielektrik. Konduktivitas listrik adalah sifat yang paling dominan dibandingkan yang
lainnya.
Arus listrik dapat mengalir pada batuan mineral melalui 3 cara yaitu
1. Konduksi elektronik
Konduksi elektronik merupakan aliran elektron bebas yang terdapat pada batuan
maupun mineral. Karena pada batuan/ mineral ini terdapat banyak elektron bebas
didalamnya sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan/ mineral oleh elektron bebas.
2. Elektrolitik
Konduksi elektrolitik terjadi ketika pori – pori batuan atau mineral yang terisi oleh
fluida elektrolitik, dimana aliran muatan terjadi melalui aliran aliran ion elektrolit.
Intinya adalah arus listrik dibawa oleh ion ion elektrolit.
3. Dielektrik
Konduksi dielektrik terjadi bila batuan atau mineral berperan sebagai dielektrik
ketika dialiri arus sehingga terjadi polarisasi pada batuan ataupun mineral tersebut.
Konduktivitas listrik ( σ kebalikan dari resistivitas ) bergantung pada porositas
batuan dan mobilitas dari air ( atau fluida lainnya ) untuk melewati ruang berpori
( bergantung pada sifat mobilitas ionik dan konsentrasi larutan, viskositas ( ɳ )
temperatur , dan tekanan. Ada beberapa jenis potensial yang menyebabkan anomali
self potensial.
Tabel 1. Sumber batuan dan jenis anomalinya
Pada eksplorasi kondisi bawah permukaan tanah terdapat berbagai macam metode,
salah satunya adalah metode geolistrik. Dengan metode geolistrik, kita dapat
menyelidiki sifat aliran listrik didalam bumi kemudian mengukur respon berupa beda
potensial, arus listrik, dan medan elektromagnetik ( baik yang alami maupun
injeksi ). Metode tahanan jenis ( resistivitas ) menggunakan sumber arus listrik. Arus
listrik diinjeksikan ke tanah melalui elektroda elektroda arus. Pengukuran beda
potensial dilakukan dengan menggunakan elektroda potensial yang ditancapkan pada
tanah di daerah sekitar tempat arus listrik diinjeksikan.
Konsep Resistivitas Semu
Dengan mengetahui arus yang diinjeksikan dan mengukur beda potensial di sekitar
tempat arus diinjeksikan, maka nilai tahanan jenis tanah dapat diperoleh. Nilai
tahanan
jenis
yang
diperoleh
dari
hasil
pengukuran
disebut
sebagai
apparent resistivity atau resistivitas semu. Metode ini mengasumsikan bahwa bumi
mempunyai sifat homogen isotropis. Dalam kondisi yang sesungguhnya, tanah
bersifat tidak homogen karena bumi terdiri atas lapisan – lapisan dengan p yang
berbeda beda, sehingga nilai resistivitas yang kita peroleh merupakan nilai
resistivitas yang mewakili nilai resistivitas seluruh lapisan yang terlalui oleh garis
ekipotensial. Metode resistivitas ini sering dimanfaatkan dalam dunia eksplorasi
untuk beberapa keperluan antara lain untuk pencarian reservoir geothermal dan
ekplorasi air tanah.
Terdapat beberapa macam susunan/ konfigurasi elektroda untuk akuisisi data pada
resistivitas. Secara umum konfigurasi elektroda pada akuisisi data adalah
(Gambar III.1. Konfigurasi elektroda pada akuisisi data)
Nilai ( apparent resistivity ) dapat diperoleh dengan menggunakan hubungan :
Dengan adalah beda potensial antara titik M dan N, I adalah arus, dan K adalah
faktor konfigurasi yang bernilai :
Beberapa macam konfigurasi yang telah ada antara lain konfigurasi Wenner,
Schlumberger, pole – dipole, dipole – dipole, dan sebagainya. Penggunaan
konfigurasi – konfigurasi tersebut memiliki keunggulan dan kelemahan masing
masing bergantung pada keperluan pengguna. Sebagai contoh, konfigurasi wenner
paling baik digunakan untuk keperluan lateral mapping, sedangkan konigurasi
Schlumberger biasanya digunakan untuk keperluan vertical sounding.
Konfigurasi
Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang ke 4 buah
elektrodanya terletak dalam satu garis lurus dengan posisi elektroda AB dan MN
yang simetris terhadap titik pusat pada kedua sisi yaitu konfigurasi Wenner dan
Schlumberger. Setiap konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk
mengetahui nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan di bawah permukaan. Metoda
geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit yang banyak
digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan dengan
biaya survei yang relatif murah.
Umumnya lapisan batuan tidak mempunyai sifat homogen sempurna, seperti yang
dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik. Untuk posisi lapisan batuan yang terletak
dekat dengan permukaan tanah akan sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran
tegangan dan ini akan membuat data geolistrik menjadi menyimpang dari nilai
sebenarnya. Yang dapat mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah fragmen
batuan lain yang menyisip pada lapisan, faktor ketidakseragaman dari pelapukan
batuan induk, material yang terkandung pada jalan, genangan air setempat, perpipaan
dari bahan logam yang bisa menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ke
tanah dsbnya.
‘Spontaneous Potential’ yaitu tegangan listrik alami yang umumnya terdapat pada
lapisan batuan disebabkan oleh adanya larutan penghantar yang secara kimiawi
menimbulkan perbedaan tegangan pada mineral-mineral dari lapisan batuan yang
berbeda juga akan menyebabkan ketidak-homogenan lapisan batuan. Perbedaan
tegangan listrik ini umumnya relatif kecil, tetapi bila digunakan konfigurasi
Schlumberger dengan jarak elektroda AB yang panjang dan jarak MN yang relatif
pendek, maka ada kemungkinan tegangan listrik alami tersebut ikut menyumbang
pada hasil pengukuran tegangan listrik pada elektroda MN, sehingga data yang
terukur menjadi kurang benar.
Untuk mengatasi adanya tegangan listrik alami ini hendaknya sebelum dilakukan
pengaliran arus listrik, multimeter diset pada tegangan listrik alami tersebut dan
kedudukan awal dari multimeter dibuat menjadi nol. Dengan demikian alat ukur
multimeter akan menunjukkan tegangan listrik yang benar-benar diakibatkan oleh
pengiriman arus pada elektroda AB. Multimeter yang mempunyai fasilitas seperti ini
hanya terdapat pada multimeter dengan akurasi tinggi.
Konfigurasi Wenner
Konfigurasi Wenner
Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian pembacaan tegangan pada
elektroda MN lebih baik dengan angka yang relatif besar karena elektroda MN yang
relatif dekat dengan elektroda AB. Disini bisa digunakan alat ukur multimeter
dengan impedansi yang relatif lebih kecil.
Sedangkan kelemahannya adalah tidak bisa mendeteksi homogenitas batuan di dekat
permukaan yang bisa berpengaruh terhadap hasil perhitungan. Data yang didapat dari
cara konfigurasi Wenner, sangat sulit untuk menghilangkan factor non homogenitas
batuan, sehingga hasil perhitungan menjadi kurang akurat.
Konfigurasi Schlumberger
Pada konfigurasi Schlumberger idealnya jarak MN dibuat sekecil-kecilnya, sehingga
jarak MN secara teoritis tidak berubah. Tetapi karena keterbatasan kepekaan alat
ukur, maka ketika jarak AB sudah relatif besar maka jarak MN hendaknya dirubah.
Perubahan jarak MN hendaknya tidak lebih besar dari 1/5 jarak AB.
Konfigurasi Schlumberger
Kelemahan dari konfigurasi Schlumberger ini adalah pembacaan tegangan pada
elektroda MN adalah lebih kecil terutama ketika jarak AB yang relatif jauh, sehingga
diperlukan alat ukur multimeter yang mempunyai karakteristik ‘high impedance’
dengan akurasi tinggi yaitu yang bisa mendisplay tegangan minimal 4 digit atau 2
digit di belakang koma. Atau dengan cara lain diperlukan peralatan pengirim arus
yang mempunyai tegangan listrik DC yang sangat tinggi.
Sedangkan keunggulan konfigurasi Schlumberger ini adalah kemampuan untuk
mendeteksi adanya non-homogenitas lapisan batuan pada permukaan, yaitu dengan
membandingkan nilai resistivitas semu ketika terjadi perubahan jarak elektroda
MN/2.
Agar pembacaan tegangan pada elektroda MN bisa dipercaya, maka ketika jarak AB
relatif besar hendaknya jarak elektroda MN juga diperbesar. Pertimbangan perubahan
jarak elektroda MN terhadap jarak elektroda AB yaitu ketika pembacaan tegangan
listrik pada multimeter sudah demikian kecil, misalnya 1.0 milliVolt.
Umumnya perubahan jarak MN bisa dilakukan bila telah tercapai perbandingan
antara jarak MN berbanding jarak AB = 1 : 20. Perbandingan yang lebih kecil
misalnya 1 : 50 bisa dilakukan bila mempunyai alat utama pengirim arus yang
mempunyai keluaran tegangan listrik DC sangat besar, katakanlah 1000 Volt atau
lebih, sehingga beda tegangan yang terukur pada elektroda MN tidak lebih kecil dari
1.0 milliVolt.
Parameter yang diukur :
1.
Jarak antara stasiun dengan elektroda-elektroda (AB/2 dan MN/2)
2.
Arus (I)
3.
Beda Potensial (∆ V)
Parameter yang dihitung :
1.
Tahanan jenis (R)
2.
Faktor geometrik (K)
3.
Tahanan jenis semu (ρ )
Cara
intepretasi Schlumberger adalah
dengan
metode
penyamaan
kuva
(kurva matching). Ada 3 (tiga) macam kurva yang perlu diperhatikan dalam
intepretasi Schlumberger dengan metode penyamaan kurva, yaitu :
Kurva Baku
Kurva Bantu, terdiri dari tipe H, A, K dan Q
Kurva Lapangan
Untuk mengetahui jenis kurva bantu yang akan dipakai, perlu diketahui bentuk
umum masing-masing kurva lapangannya.
Kurva bantu H, menunjukan harga ρ minimum dan adanya variasi 3 lapisan
dengan ρ1 > ρ2 < ρ3.
Kurva bantu A, menunjukkan pertambahan harga ρ dan variasi lapisan
dengan ρ1 < ρ2 < ρ3.
Kurva bantu, K menunjukan harga ρ maksimum dan variasi lapisan dengan
ρ1 < ρ2 > ρ3.
Kurva bantu Q, menunjukan penurunan harga ρ yang seragam : ρ1 > ρ2 > ρ3
(Gambar III.2 Kurva-Kurva Bantu Dalam Metode Penyamaan Kurva Schlumberger)
Alat-alat yang digunakan : kertas kalkir/mika plastik, kertas double log, marker OHP.
Plot nilai AB/2 vs ρ pada mika plastik diatas double log. AB/2 sebagai absis
dan ρ sebagai ordinat.
Buat kurva lapangan dari titik-titik tersebut secara smooth (tidak selalu harus
melalui titik-titik tersebut, untuk itu perlu dilihat penyebaran titik-titiknya secara
keseluruhan).
Pilih kurva Bantu apa saja yang sesuai dengan setiap bentukan kurva
lapangan.
Letakkan kurva lapangan diatas kurva baku, cari nilai P 1 merupakan
kedudukan :
d1’,ρ1’ (kedalaman terukur, tahanan jenis terukur)
d1’ = kedalaman lapisan perama = sebagai absis
ρ1 = tahanan jenis lapisan pertama = sebagai ordinat
Pindahlah kurva lapangan dan letakkan diatas tipe kurva Bantu pertama yang
telah ditentukan. Tarik garis putus-putus sesuai dengan harga ρ 1/ρ2 pada kurva Bantu
tersebut. Garis putus-putus sebagai kurva Bantu ini merupakan tempat kedudukan P2.
Kembalikan kurva lapangan diatas kurva baku, geser kurva lapangan
berikutnya sedemikian sehingga kurva baku pertama melalui pusat kurva baku.
Tentukan nilai ρ3/ρ2serta plot titik P2. (catatan : posisi sumbu-sumbunya harus sejajar
dengan sumbu-sumbu pada kurva Bantu)
Dari P2 dapat ditentukan d2’, ρ2’
Titik pusat P3, koordinat d3’, ρ3’ dan nilai kurva Bantu selanjutnya dapat
dicari dengan jalan yang sama.
Koreksi Kedalaman
Untuk titik-titik pusat (Pn) yang terletak pada kurva bantu tipe H, tidak perlu
dikoreksi.
Titik P pada kurva Bantu tipe A, K dan Q perlu dikoreksi.
Titik P1 apapun kurvanya tidak perlu dikoreksi.
(Gambar III.3 Contoh Kurva Bantu)
Titik P1, tidak perlu dikoreksi
Titik P2, tidak perlu dikoreksi karena terletakpada kurva Bantu tipe H
Titik P3 dan P4, perlu dikoreks nilai d (kedalaman), karena terletak pada kurva Bantu
selain tipe H.
BAB IV
KESIMPULAN
-
Geolistrik salah satu metode dalam geofisika yang mempelajari sifat
aliran listrik di dalam bumi
-
Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari
kelompok metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari
keadaan bawah permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik
di dalam batuan di bawah permukaan bumi. Metode resistivitas
umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300 – 500 m.
-
Geolistrik digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan
bawah permukaan sampai kedalaman sekitar 300 m sangat berguna
untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan akifer yaitu lapisan
batuan yang merupakan lapisan pembawa air
-
Dengan mengetahui arus yang diinjeksikan dan mengukur beda
potensial di sekitar tempat arus diinjeksikan, maka nilai tahanan jenis
tanah dapat diperoleh. Nilai tahanan jenis yang diperoleh dari hasil
pengukuran disebut sebagai apparent resistivity atau resistivitas semu.
DAFTAR PUSTAKA
1. Loke, M.H., “Electrical Imaging Surveys for Environmental and Engineering
Studies, 7A practical guide to 2-D and 3-D surveys”, Penang – Malaysia, 1999.
2. Schon, J.H., “Physical Properties of Rocks, Fundamentals and Principles of
Petrophysics”. Institute of Aplied Geophysics, Leoben, Austria, 1996. .
3. Telford. W.M.., Sheriff, R.E., Geldart, L.P., “Applied Geophysics”, 2
Cambridge
4. http//google.co.id
University
Press.
1990.
LAMPIRAN