Karakterisasi Kawasan Karst Di Desa Sulkam Kabupaten Langkat Sumatera Utara
KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM
KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA
DISERTASI
Oleh
RITA JULIANI
118108003/FIS
ROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
i
ii
PERNYATAAN ORISINALITAS
KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN
LANGKAT SUMATERA UTARA
DISERTASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya disertasi ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
dijelaskan sumbernya dengan benar
Medan, November 2015
Rita Juliani
NIM 118108003
iii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika
dibawah ini :
Nama
NIM
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah
Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan
: Rita Juliani
: 118108003
: Doktor Ilmu Fisika
: Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan,menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (non- Exclusive Royalty
Free Right) Atas Disertasi saya yang berjudul :
Karakterisasi Kawasan Karst Di Desa Sulkam Kabupaten Langkat
Sumatera Utara
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan) dengan Hak Bebas Royalti NonEkslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan,mengalih
media,memformat,mengelola, dalam bentuk data base, merawat dan
mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan sebagai
pemilik hak cipta
Demikian pernyataan ini diperbuat dengan sebenarnya
Medan, November 2015
Rita Juliani
iv
Telah diuji pada
Tanggal : 18 Agustus 2015
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Ketua
: Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc
Anggota
: 1. Dr. Mester Sitepu, MSc, M.Phill
2. Prof. Drs.Motlan, M.Sc, PhD
3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
4. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
v
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap
: Rita Juliani, S.Si, M.Si
Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan 15 Juli 1969
Alamat Rumah
: Jl. Surya Haji Komplek Taman Surya Indah
Blok A No. 9 Lau Dendang
HP
: 081396014353
Email
: [email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: Universitas Negeri Medan
Alamat Kantor
: Jl. Willem Iskandar Ps. V Medan Estate
Telepon
: (061) 6613365
DATA PENDIDIKAN
SD
: SD N 066046
Tamat : 1983
SMP
: SMP N 16 Medan
Tamat : 1986
SMA
: SMA N 10 Medan
Tamat : 1989
Strata-1
: Universitas Sumatera Utara Tamat : 1995
Strata-2
: Universitas Gadjah Mada
Tamat : 2002
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah Subhana Wata’ala, karena dengan limpahan
rahmat dan hidayah-Nya sehingga disertasi ini dapat terselesaikan.
Dengan selesainya disertasi ini, diucapkan terima kasih yang
sebesar-
besarnya kepada :
Rektor
Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Subhilhar, Ph.D atas
kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program
Doktor Ilmu Fisika.
Rektor Universitas Negeri Medan, Prof. Dr. Syawal Gultom, M.Pd dan Rektor
Universitas Negeri Medan sebelumnya Prof. Dr. Ibnu Hajar, M.Si atas kesempatan
dan ijin belajar untuk mengikuti program pendidikan Doktor Ilmu Fisika pada
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr, Sutarman, MSc yang telah
memberikan
kesempatan
menjadi mahasiswa Program Doktor pada Program
Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua program Studi Doktor Fisika Dr. Nasruddin MN,M,Eng.Sc dan Komisi
Dewan Penguji Ujian Promosi Doktor. Sekretaris Program Studi Doktor Fisika Dr.
Anwar Dharma Sembiring, M.S. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Komisi Dewan
Penguji Ujian Promosi Doktor beserta seluruh Staff Pengajar pada Program Studi
Doktor Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Terima kasih yang tak berhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya
kepada Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc, selaku Promotor, dengan perhatian,
kesabaran memberikan bimbingan, arahan, saran dan motivasi, demikian juga Dr.
Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill, selaku Co-Promotor I dalam memberikan dukungan,
fasilitas dan selalu meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, arahan dan
motivasi, Prof. Drs. Motlan, M.Sc, PhD, selaku
Co-Promotor
II
yang
telah
vii
memberikan
masukan
bimbingan
dan
arahannya
serta
semangat
atas
terselesaikannya disertasi ini.
Kepala Desa Sulkam Herryson Bangun, SE, yang pemberian izin melakukan
penelitian dan memfasilitasikan keperluan lapangan, warga desa Sulkam yang
membantu dalam proses pengambilan data lapangan.
Kepada semua Dosen FMIPA USU dan Unimed serta Dosen KDBK Fisika
Bumi Unimed khususnya atas dukungan dan motivasinya.
Kepada ibunda tercinta Nursiah, suami tersayang Rahmatsyah dan anakku
terkasih Riri Syavira, Rayhan Fadhurrahman, Rasyad Tanzilurrahman. Terima kasih
atas segala pengorbanan baik moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas
hanya di serahkan kepada Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa.
Wassalam
Medan, November 2015
Rita Juliani
viii
KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM
KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Telah di lakukan penelitian untuk mengkarakterisasi kawasan karst di desa
Sulkam kabupaten Langkat Sumatera Utara untuk memperoleh kontur resistivitas
secara lateral dan vertikal, mencari ketidak tampakan lau Ketuken, kandungan
mineral, unsur dan morfologi serta kuat tekan batu gamping.
Metode yang digunakan adalah dengan memadukan metode geolistrik konfigurasi
Wenner-Schlumberger untuk mengetahui perlapisan batuan yang ada di bawah
permukaan. Sampel batuan singkapan diuji dengan XRD untuk mengetahui
kandungan mineral, EDX untuk menentukan kandungan unsur batuan, SEM dan
sayatan tipis untuk morfologi batuan, serta kuat tekan batuan menggunakan
compression machine.
Kontur resistivitas secara lateral pada kedalaman 1,25 m hingga 30 m berupa
lapisan batuan batu gamping, tanah permukaan dan lempung. Batu gamping
terutama di bagian Barat desa Sulkam. Lapisan batuan lau Ketuken berupa batuan
pasir lempung, batu lempung, batu pasir dan batu gamping yang bersifat
meloloskan dan sebagai reservoar sehingga lau Ketuken tidak tampak di
permukaan. Kontur resistivitas secara vertikal pada lintasan horizontal terdapat
lapisan tanah permukan diantarai batu gamping, batu gamping, dan lapisan tanah
serta lempung. Kontur resistivitas secara vertikal berupa batu gamping dan
lempung, tanah hadir diantara lempung. Bahagian Selatan dekat dengan daerah
lau Ketuken memiliki lapisan batu gamping dan terdapat rongga. Kandungan
mineral batuan diperoleh CaCO3 dengan komposisi 74,1 wt.% - 100 wt.% dengan
rata-rata 96 wt %. Kandungan unsur batuan berupa mineral kalsit dengan unsur
Ca, C dan O dan pengotor Si. Komposisi rata-rata pada sampel batu gamping O =
46,56%; Ca = 27,37 %; C = 25,94%; Si = 0,34% . Morfologi batuan dengan
tekstur rapat, berbutir halus dan kasar dengan ukuran butir 2.201 µm sampai
4.150 µm dengan penyusun batuan mikrit, kalsit dan bioklas. Sifat mekanik batu
gamping berdasarkan SII 0378-80 termasuk batu gamping lunak dan digunakan
sebagai penutup lantai atau trotoar.
Kata kunci : Geolistrik, kawasan karst, batu gamping
ix
CHARACTERIZATION OF KARST AREAS IN VILLAGE SULKAM
LANGKAT NORTH SUMATRA
ABSTRACT
Research has been done to characterize the karst area in the village Sulkam Langkat
district of North Sumatra to obtain resistivity contour laterally and vertically,
minerals, elements and morphology, compressive strength as well as search for lau
Ketuken loss.
Geo-electiric resistivity contour is gained by the Wenner-Schlumberger configuration
to identify the rock layers in the surface area. The samples of the rocks are analyzed
by using XRD and EDX, in order to determine the kind of rock for each layer and the
mineral properties, respectively. Meanwhile, SEM and thin slice are employed to
observe the rock morphology. Furthermore, compressive strength of the rock is tested
using compression machine.
Resistivity contour laterally at a depth of 1,25 m to 30 m is in the form of a layer of
limestone rocks, soil and clay surfaces. The limestone rocks are especially founded in
the western part of the village Sulkam. Ketuken lau rock layers are made up from
sandstone clay, clay stone, sandstone and limestone, redirects the water and
reservoir so that lau Ketuken lost on the surface. Resistivity contour vertically on a
horizontal track surface layers of soil are mediated by limestone. The limestone and a
layer of soil and clay form a cavity. Resistivity contour vertically is in the form of
limestone and clay. There is soil is among the clays. The Southern part of lau
Ketuken area is founded some layers of limestone, and a cavity. The mineral content
of the rocks consist of CaCO 3 with the composition of 96 wt % in average (from
74,1% - 100 wt%). The properties of rock elements are in the form of mineral calcite
rock which is consist of Ca, C and O, as well as impurities Si. The average
composition of the limestone samples are O = 46,56%; Ca = 27,37%; C = 25,94%;
Si = 0,34%. Tight textures of the rock morphology is fine-grained and coarse which
have grain size 2.201 μm to 4.150 μm. Its constituent are micrit rock, calcite and
bioclas. The mechanical properties of limestone based on SII 0378-80 are soft
limestone category. It is used to apply as a cover of the floor or pavement.
Keywords: Geo-electric, karst areas, limestone
x
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
PENETAPAN PANITIA PENGUJI
RIWAYAT HIDUP
KATA PENGANTAR
ABSTRAK
ABSTACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
i
ii
iv
v
vi
viii
ix
x
xii
xiii
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
1.2.
Batasan Masalah
1.3.
Perumusan Masalah
1.4.
Tujuan Penelitian
1.5.
Manfaat Penelitian
1
1
5
6
6
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Kawasan Karst
2.2.
Karstifikasi
2.3.
Batu Gamping
2.3.1. Susunan Batu Gamping Klasifikasi Batu
2.3.2. Klasifikasi Batu Gamping
2.4.
Penggunaan Batu Gamping
2.5.
Metode Geolistrik
2.6.
Resistivitas Batuan
2.7.
Mekanika Batuan
8
8
8
10
11
13
18
18
25
25
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1.
Tempat Penelitian
3.2.
Alat dan Bahan Penelitian
3.3.
Diagram Alir Penelitian
3.4.
Resistivity Meter
3.4.1. Pengambilan Data Resistivity Meter
3.4.2. Kontur Permukaan Lokasi Penelitian
3.4.3. Pengolahan Data Resistivity Meter
3.5.
X-Ray Difraction (XRD)
3.6.
Scanning Electron Microsopy (SEM)
27
27
27
29
30
31
33
33
36
37
xi
3.7.
3.8.
BAB IV
BAB V
Sayatan Tipis
Uji Mekanik
38
39
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Pola Penyebaran Resistivitas Batuan
Bawah
Permukaan
4.1.1. Analisa Sayatan Lateral
4.1.2. Analisa Sayatan Vertikal
4.2.
Kandungan Mineral Batu Gamping dengan Uji XRD
4.3.
Morfologi dan Kandungan Unsur Batu Gamping
dengan Uji SEM
4.4.
Morfologi Batu Gamping dengan Sayatan Tipis
(Thin Slice)
4.5.
Uji Mekanik Batu Gamping
4.6.
Pembahasan
42
42
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
5.2.
Saran
93
93
94
DAFTAR PUSTAKA
95
LAMPIRAN
98
43
67
73
78
82
86
88
xii
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1.
2.2.
3.1.
3.2.
3.3.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
4.12.
Judul
Sifat Mineral Batuan Karst
Klasifikasi Batu Gamping
Alat dan Bahan
Spesifikasi Resistivity Meter model ARES-G4.v47.
Nilai Hambatan Jenis Listrik Batuan menurut Literatur dan
Hasil Penetapan
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada
Kedalaman 1,25 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada
Kedalaman 5 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada
Kedalaman 10 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 15 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 20 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 25 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 30 meter
Perlapisan Batu Gamping dari Kedalaman 1,25-30 meter di
Desa Sulkam Langkat
Hasil Analisis Kadar Mineral dengan XRD
Komposisi Sampel Batu Gamping dengan EDX
Penyusun Batu Gamping
Kuat Tekan Batu Gamping Desa Sulkam
Halaman
11
13
27
30
35
45
48
51
53
55
58
61
65
76
81
85
86
xiii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2.
2.3
2.4.
2.5.
2.6.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
Judul
Pembentukan Karst
Klasifikasi Dunham
Klasifikasi Embry dan Klovan
Konfigurasi Schlumberger
Susunan Elektroda pada Konfigurasi Wenner dan
Schlumberger
Perbandingan Cakupan Data antara Konfigurasi Wenner
dan Wenner-Schlumberger
Diagram Alir Penelitian
Alat Resistivy Meter model ARES-G4.v47 dan GPS
Peta Geologi Daerah Penelitian
Grid Pengambilan data Geolistrik
Kontur Daerah Penelitian dengan Altitude
Kontur Resistiviti Pseudodepth Section
X Ray Difraction (XRD)
Scanning Electron Microsopy (SEM)
Batuan Singkapan Uji Thin Slice
Sampel Pengujian Kuat Tekan
Compression Machine
Peta Pseudeseki Hasil Olahan Data dengan Res2DinV
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman
1.25 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman
1.25 meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 1.25 meter.
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5
meter.
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 5 m eter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan
Kedalaman 10 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 10
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 10 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 15
Halaman
10
14
16
23
24
25
29
30
31
32
33
35
37
38
38
40
40
42
44
44
46
47
47
49
50
50
51
xiv
Sambungan daftar gambar
4.12.
4.13.
4.14.
4.15.
4.16.
4.17.
4.18.
4.19.
4.20.
4.21.
4.22.
4.23.
4.24.
4.25.
4.26.
4.27.
4.28.
4.29.
4.30.
4.31.
4.32.
4.33.
4.34.
4.35.
4.36.
4.37.
4.38.
4.39.
4.40.
meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 15
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 15 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20
meter
Pola Resistivitas lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 20 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 25
meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 25
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 25 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 30
meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 30
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 30 meter
Lau Ketuken
Grid antara Lau Ketuken
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Daerah Lau
Ketuken Kedalaman 1,25 meter hingga 30 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman
1,25 meter hingga 30 meter dengan Bore Hole
Pola Topografi dengan Garis Tampang Lintang AB, CD, EF
dan GH desa Sulkam
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan AB
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan CD
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan EF
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan GH
Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan AB
Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan CD
Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan EF
Pola Sebaran Batuan Lapisan Sepanjang Lintasan GH
Keberadaan Gua di Daerah Tampang Lintang GH
Pola XRD Sampel T72, T73 dan T77
Pola XRD Sampel T86, T88 dan T89
Pola XRD Sampel T92, T95 dan T102
Pola XRD Sampel T111, T112 dan T113
52
52
54
54
55
56
57
57
59
60
60
62
62
63
63
66
68
68
69
69
69
70
70
71
71
73
74
74
75
75
xv
Sambungan daftar gambar
4.41.
4.42.
4.43.
4.44.
4.45.
4.46.
4.47.
4.48
4.49.
4.50.
4.51.
4.52.
SEM Morfologi Sampel Batu Gamping
SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 15 Kx
SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 32,49 Kx
Hasil EDX Sampel T112
Diagram Batang Rata-rata Persen Berat Sampel
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Floatstone
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Chrystalline
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Wackstone
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Bounstone
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Mudstone
Kuat Tekan Batu Gamping dengan Variasi Ukuran
Hubungan Kuat Tekan Batu Gamping dengan Beban
Maksimum
78
78
79
80
81
82
83
83
83
84
87
88
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
A
B
C
D
E
F
G
H
I
Judul
Peta Geologi Lokasi Penelitian
Koordinat dan Altitude Lintasan
Data Pseudoseksi Geolistrik
Deskripsi Lintasan
Resistivitas Batuan
Dokumentasi
Hasil SEM-EDX
Hasil XRD
Data Bore Hole
Halaman
98
99
103
105
112
115
122
124
131
KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA
DISERTASI
Oleh
RITA JULIANI
118108003/FIS
ROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
i
ii
PERNYATAAN ORISINALITAS
KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN
LANGKAT SUMATERA UTARA
DISERTASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya disertasi ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
dijelaskan sumbernya dengan benar
Medan, November 2015
Rita Juliani
NIM 118108003
iii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika
dibawah ini :
Nama
NIM
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah
Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan
: Rita Juliani
: 118108003
: Doktor Ilmu Fisika
: Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan,menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (non- Exclusive Royalty
Free Right) Atas Disertasi saya yang berjudul :
Karakterisasi Kawasan Karst Di Desa Sulkam Kabupaten Langkat
Sumatera Utara
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan) dengan Hak Bebas Royalti NonEkslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan,mengalih
media,memformat,mengelola, dalam bentuk data base, merawat dan
mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan sebagai
pemilik hak cipta
Demikian pernyataan ini diperbuat dengan sebenarnya
Medan, November 2015
Rita Juliani
iv
Telah diuji pada
Tanggal : 18 Agustus 2015
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Ketua
: Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc
Anggota
: 1. Dr. Mester Sitepu, MSc, M.Phill
2. Prof. Drs.Motlan, M.Sc, PhD
3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
4. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
v
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap
: Rita Juliani, S.Si, M.Si
Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan 15 Juli 1969
Alamat Rumah
: Jl. Surya Haji Komplek Taman Surya Indah
Blok A No. 9 Lau Dendang
HP
: 081396014353
: [email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: Universitas Negeri Medan
Alamat Kantor
: Jl. Willem Iskandar Ps. V Medan Estate
Telepon
: (061) 6613365
DATA PENDIDIKAN
SD
: SD N 066046
Tamat : 1983
SMP
: SMP N 16 Medan
Tamat : 1986
SMA
: SMA N 10 Medan
Tamat : 1989
Strata-1
: Universitas Sumatera Utara Tamat : 1995
Strata-2
: Universitas Gadjah Mada
Tamat : 2002
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah Subhana Wata’ala, karena dengan limpahan
rahmat dan hidayah-Nya sehingga disertasi ini dapat terselesaikan.
Dengan selesainya disertasi ini, diucapkan terima kasih yang
sebesar-
besarnya kepada :
Rektor
Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Subhilhar, Ph.D atas
kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program
Doktor Ilmu Fisika.
Rektor Universitas Negeri Medan, Prof. Dr. Syawal Gultom, M.Pd dan Rektor
Universitas Negeri Medan sebelumnya Prof. Dr. Ibnu Hajar, M.Si atas kesempatan
dan ijin belajar untuk mengikuti program pendidikan Doktor Ilmu Fisika pada
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr, Sutarman, MSc yang telah
memberikan
kesempatan
menjadi mahasiswa Program Doktor pada Program
Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua program Studi Doktor Fisika Dr. Nasruddin MN,M,Eng.Sc dan Komisi
Dewan Penguji Ujian Promosi Doktor. Sekretaris Program Studi Doktor Fisika Dr.
Anwar Dharma Sembiring, M.S. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Komisi Dewan
Penguji Ujian Promosi Doktor beserta seluruh Staff Pengajar pada Program Studi
Doktor Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Terima kasih yang tak berhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya
kepada Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc, selaku Promotor, dengan perhatian,
kesabaran memberikan bimbingan, arahan, saran dan motivasi, demikian juga Dr.
Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill, selaku Co-Promotor I dalam memberikan dukungan,
fasilitas dan selalu meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, arahan dan
motivasi, Prof. Drs. Motlan, M.Sc, PhD, selaku
Co-Promotor
II
yang
telah
vii
memberikan
masukan
bimbingan
dan
arahannya
serta
semangat
atas
terselesaikannya disertasi ini.
Kepala Desa Sulkam Herryson Bangun, SE, yang pemberian izin melakukan
penelitian dan memfasilitasikan keperluan lapangan, warga desa Sulkam yang
membantu dalam proses pengambilan data lapangan.
Kepada semua Dosen FMIPA USU dan Unimed serta Dosen KDBK Fisika
Bumi Unimed khususnya atas dukungan dan motivasinya.
Kepada ibunda tercinta Nursiah, suami tersayang Rahmatsyah dan anakku
terkasih Riri Syavira, Rayhan Fadhurrahman, Rasyad Tanzilurrahman. Terima kasih
atas segala pengorbanan baik moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas
hanya di serahkan kepada Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa.
Wassalam
Medan, November 2015
Rita Juliani
viii
KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM
KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Telah di lakukan penelitian untuk mengkarakterisasi kawasan karst di desa
Sulkam kabupaten Langkat Sumatera Utara untuk memperoleh kontur resistivitas
secara lateral dan vertikal, mencari ketidak tampakan lau Ketuken, kandungan
mineral, unsur dan morfologi serta kuat tekan batu gamping.
Metode yang digunakan adalah dengan memadukan metode geolistrik konfigurasi
Wenner-Schlumberger untuk mengetahui perlapisan batuan yang ada di bawah
permukaan. Sampel batuan singkapan diuji dengan XRD untuk mengetahui
kandungan mineral, EDX untuk menentukan kandungan unsur batuan, SEM dan
sayatan tipis untuk morfologi batuan, serta kuat tekan batuan menggunakan
compression machine.
Kontur resistivitas secara lateral pada kedalaman 1,25 m hingga 30 m berupa
lapisan batuan batu gamping, tanah permukaan dan lempung. Batu gamping
terutama di bagian Barat desa Sulkam. Lapisan batuan lau Ketuken berupa batuan
pasir lempung, batu lempung, batu pasir dan batu gamping yang bersifat
meloloskan dan sebagai reservoar sehingga lau Ketuken tidak tampak di
permukaan. Kontur resistivitas secara vertikal pada lintasan horizontal terdapat
lapisan tanah permukan diantarai batu gamping, batu gamping, dan lapisan tanah
serta lempung. Kontur resistivitas secara vertikal berupa batu gamping dan
lempung, tanah hadir diantara lempung. Bahagian Selatan dekat dengan daerah
lau Ketuken memiliki lapisan batu gamping dan terdapat rongga. Kandungan
mineral batuan diperoleh CaCO3 dengan komposisi 74,1 wt.% - 100 wt.% dengan
rata-rata 96 wt %. Kandungan unsur batuan berupa mineral kalsit dengan unsur
Ca, C dan O dan pengotor Si. Komposisi rata-rata pada sampel batu gamping O =
46,56%; Ca = 27,37 %; C = 25,94%; Si = 0,34% . Morfologi batuan dengan
tekstur rapat, berbutir halus dan kasar dengan ukuran butir 2.201 µm sampai
4.150 µm dengan penyusun batuan mikrit, kalsit dan bioklas. Sifat mekanik batu
gamping berdasarkan SII 0378-80 termasuk batu gamping lunak dan digunakan
sebagai penutup lantai atau trotoar.
Kata kunci : Geolistrik, kawasan karst, batu gamping
ix
CHARACTERIZATION OF KARST AREAS IN VILLAGE SULKAM
LANGKAT NORTH SUMATRA
ABSTRACT
Research has been done to characterize the karst area in the village Sulkam Langkat
district of North Sumatra to obtain resistivity contour laterally and vertically,
minerals, elements and morphology, compressive strength as well as search for lau
Ketuken loss.
Geo-electiric resistivity contour is gained by the Wenner-Schlumberger configuration
to identify the rock layers in the surface area. The samples of the rocks are analyzed
by using XRD and EDX, in order to determine the kind of rock for each layer and the
mineral properties, respectively. Meanwhile, SEM and thin slice are employed to
observe the rock morphology. Furthermore, compressive strength of the rock is tested
using compression machine.
Resistivity contour laterally at a depth of 1,25 m to 30 m is in the form of a layer of
limestone rocks, soil and clay surfaces. The limestone rocks are especially founded in
the western part of the village Sulkam. Ketuken lau rock layers are made up from
sandstone clay, clay stone, sandstone and limestone, redirects the water and
reservoir so that lau Ketuken lost on the surface. Resistivity contour vertically on a
horizontal track surface layers of soil are mediated by limestone. The limestone and a
layer of soil and clay form a cavity. Resistivity contour vertically is in the form of
limestone and clay. There is soil is among the clays. The Southern part of lau
Ketuken area is founded some layers of limestone, and a cavity. The mineral content
of the rocks consist of CaCO 3 with the composition of 96 wt % in average (from
74,1% - 100 wt%). The properties of rock elements are in the form of mineral calcite
rock which is consist of Ca, C and O, as well as impurities Si. The average
composition of the limestone samples are O = 46,56%; Ca = 27,37%; C = 25,94%;
Si = 0,34%. Tight textures of the rock morphology is fine-grained and coarse which
have grain size 2.201 μm to 4.150 μm. Its constituent are micrit rock, calcite and
bioclas. The mechanical properties of limestone based on SII 0378-80 are soft
limestone category. It is used to apply as a cover of the floor or pavement.
Keywords: Geo-electric, karst areas, limestone
x
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
PENETAPAN PANITIA PENGUJI
RIWAYAT HIDUP
KATA PENGANTAR
ABSTRAK
ABSTACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
i
ii
iv
v
vi
viii
ix
x
xii
xiii
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
1.2.
Batasan Masalah
1.3.
Perumusan Masalah
1.4.
Tujuan Penelitian
1.5.
Manfaat Penelitian
1
1
5
6
6
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Kawasan Karst
2.2.
Karstifikasi
2.3.
Batu Gamping
2.3.1. Susunan Batu Gamping Klasifikasi Batu
2.3.2. Klasifikasi Batu Gamping
2.4.
Penggunaan Batu Gamping
2.5.
Metode Geolistrik
2.6.
Resistivitas Batuan
2.7.
Mekanika Batuan
8
8
8
10
11
13
18
18
25
25
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1.
Tempat Penelitian
3.2.
Alat dan Bahan Penelitian
3.3.
Diagram Alir Penelitian
3.4.
Resistivity Meter
3.4.1. Pengambilan Data Resistivity Meter
3.4.2. Kontur Permukaan Lokasi Penelitian
3.4.3. Pengolahan Data Resistivity Meter
3.5.
X-Ray Difraction (XRD)
3.6.
Scanning Electron Microsopy (SEM)
27
27
27
29
30
31
33
33
36
37
xi
3.7.
3.8.
BAB IV
BAB V
Sayatan Tipis
Uji Mekanik
38
39
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Pola Penyebaran Resistivitas Batuan
Bawah
Permukaan
4.1.1. Analisa Sayatan Lateral
4.1.2. Analisa Sayatan Vertikal
4.2.
Kandungan Mineral Batu Gamping dengan Uji XRD
4.3.
Morfologi dan Kandungan Unsur Batu Gamping
dengan Uji SEM
4.4.
Morfologi Batu Gamping dengan Sayatan Tipis
(Thin Slice)
4.5.
Uji Mekanik Batu Gamping
4.6.
Pembahasan
42
42
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
5.2.
Saran
93
93
94
DAFTAR PUSTAKA
95
LAMPIRAN
98
43
67
73
78
82
86
88
xii
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1.
2.2.
3.1.
3.2.
3.3.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
4.12.
Judul
Sifat Mineral Batuan Karst
Klasifikasi Batu Gamping
Alat dan Bahan
Spesifikasi Resistivity Meter model ARES-G4.v47.
Nilai Hambatan Jenis Listrik Batuan menurut Literatur dan
Hasil Penetapan
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada
Kedalaman 1,25 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada
Kedalaman 5 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada
Kedalaman 10 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 15 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 20 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 25 meter
Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole
Kedalaman 30 meter
Perlapisan Batu Gamping dari Kedalaman 1,25-30 meter di
Desa Sulkam Langkat
Hasil Analisis Kadar Mineral dengan XRD
Komposisi Sampel Batu Gamping dengan EDX
Penyusun Batu Gamping
Kuat Tekan Batu Gamping Desa Sulkam
Halaman
11
13
27
30
35
45
48
51
53
55
58
61
65
76
81
85
86
xiii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2.
2.3
2.4.
2.5.
2.6.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
Judul
Pembentukan Karst
Klasifikasi Dunham
Klasifikasi Embry dan Klovan
Konfigurasi Schlumberger
Susunan Elektroda pada Konfigurasi Wenner dan
Schlumberger
Perbandingan Cakupan Data antara Konfigurasi Wenner
dan Wenner-Schlumberger
Diagram Alir Penelitian
Alat Resistivy Meter model ARES-G4.v47 dan GPS
Peta Geologi Daerah Penelitian
Grid Pengambilan data Geolistrik
Kontur Daerah Penelitian dengan Altitude
Kontur Resistiviti Pseudodepth Section
X Ray Difraction (XRD)
Scanning Electron Microsopy (SEM)
Batuan Singkapan Uji Thin Slice
Sampel Pengujian Kuat Tekan
Compression Machine
Peta Pseudeseki Hasil Olahan Data dengan Res2DinV
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman
1.25 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman
1.25 meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 1.25 meter.
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5
meter.
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 5 m eter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan
Kedalaman 10 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 10
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 10 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 15
Halaman
10
14
16
23
24
25
29
30
31
32
33
35
37
38
38
40
40
42
44
44
46
47
47
49
50
50
51
xiv
Sambungan daftar gambar
4.12.
4.13.
4.14.
4.15.
4.16.
4.17.
4.18.
4.19.
4.20.
4.21.
4.22.
4.23.
4.24.
4.25.
4.26.
4.27.
4.28.
4.29.
4.30.
4.31.
4.32.
4.33.
4.34.
4.35.
4.36.
4.37.
4.38.
4.39.
4.40.
meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 15
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 15 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20
meter
Pola Resistivitas lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 20 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 25
meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 25
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 25 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 30
meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 30
meter Berdasarkan Ketinggian
Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 30 meter
Lau Ketuken
Grid antara Lau Ketuken
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Daerah Lau
Ketuken Kedalaman 1,25 meter hingga 30 meter
Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman
1,25 meter hingga 30 meter dengan Bore Hole
Pola Topografi dengan Garis Tampang Lintang AB, CD, EF
dan GH desa Sulkam
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan AB
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan CD
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan EF
Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan GH
Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan AB
Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan CD
Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan EF
Pola Sebaran Batuan Lapisan Sepanjang Lintasan GH
Keberadaan Gua di Daerah Tampang Lintang GH
Pola XRD Sampel T72, T73 dan T77
Pola XRD Sampel T86, T88 dan T89
Pola XRD Sampel T92, T95 dan T102
Pola XRD Sampel T111, T112 dan T113
52
52
54
54
55
56
57
57
59
60
60
62
62
63
63
66
68
68
69
69
69
70
70
71
71
73
74
74
75
75
xv
Sambungan daftar gambar
4.41.
4.42.
4.43.
4.44.
4.45.
4.46.
4.47.
4.48
4.49.
4.50.
4.51.
4.52.
SEM Morfologi Sampel Batu Gamping
SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 15 Kx
SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 32,49 Kx
Hasil EDX Sampel T112
Diagram Batang Rata-rata Persen Berat Sampel
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Floatstone
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Chrystalline
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Wackstone
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Bounstone
Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Mudstone
Kuat Tekan Batu Gamping dengan Variasi Ukuran
Hubungan Kuat Tekan Batu Gamping dengan Beban
Maksimum
78
78
79
80
81
82
83
83
83
84
87
88
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
A
B
C
D
E
F
G
H
I
Judul
Peta Geologi Lokasi Penelitian
Koordinat dan Altitude Lintasan
Data Pseudoseksi Geolistrik
Deskripsi Lintasan
Resistivitas Batuan
Dokumentasi
Hasil SEM-EDX
Hasil XRD
Data Bore Hole
Halaman
98
99
103
105
112
115
122
124
131