Nirwan (Geolistrik)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Metoda geofisika merupakan salah satu metoda yang umum digunakan dalam eksplorasi endapan bahan galian. Meskipun eksplorasi mineral sudah dilakukan semenjak ratusan tahun yang lalu tetapi catatan ilmiah mengenai hal ini baru dimulai pada tahun 1556 manakala GeorgiusAgricola  mempublikasikan  De re Metalica. Berpangkal dari buku ini maka beberapa tahun kemudian eksplorasi mineral dan dunia pertambangan mulai menggunakan suatu landasan ilmu pengetahuan.

Sejarah mencatat ternyata di dunia pertambangan ini pula kemudian berkembang  ilmu-ilmu lain yang sangat mendukung antara lain ilmu geologi dan geofisika.Meskipun perkembangan ilmu-ilmu tersebut sudah cukup lama namun aplikasi metode geofisika pada dunia pertambangan ternyata baru dimulai pada tahun 1893, ketika Von Wrede menemukan bahwa variasi medan magnet bumi yang di ukur oleh Lamont menggunakan magnetic theodolite ternyata dapat di pakai untuk mengidentifikasi bodi dari suatu magneticore. Sekitar 25 tahun kemudian seorang professor bernama Robert Thalens mempublikasikan bukunya yang berjudul On The Examination of Iron Oredeposits by Magnetics Methodes. Tahun-tahun sesudahnya adalah maraknya aplikasi geomagnet di dunia pertambangan.

Metode geolistrik berkembang pada awal tahun 1900-an. Tetapi kemudian mulai banyak dipakai untuk keperluan eksplorasi pada tahun 1970-an. Metode yang pertama kali banyak dipakai di Indonesia adalah metode geolistrik aturan Schlumberger dan Wenner. Pada metode ini pengambilandata V (beda potensial) dan I (kuat arus) dilakukan mengikuti konfigurasi elektroda yang dibuat oleh Schlumberger (untuk aturan schlumberger) danWenner (untuk aturan Wenner).

1.2         Rumusan masalah

Adapun yang menjadi rumusan masalah dari latar belkang di atas yaitu :

1.             Apa pengertian dari geolistrik itu sendiri ?

2.             Bagaimana penggunaan metode dari geolistrik ?

3.             Metode-metode apa sajakah yang di pelajari dalam geolistrik tahanan jenis ?

1.3         Tujuan

Adapun tujuan yang akan di capai untuk mempelajari metode geolistrik ini yaitu :

1.             Untuk dapat mengetahui pengertian geolistrik itu sendiri.

2.             Untuk mengetahui jenis-jenis geolistrik.

3.             Untuk dapat mengetahui metode-metode penggunaan geolistrik.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1         Definisi Geolistrik

Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan bumi. (http://um.ac.id) Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, (http://ksupointer.com) arus dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Ada beberapa macam metoda geolistrik, antara lain : metode potensial diri, arus telluric, magnetoteluric, elektromagnetik, IP (Induced Polarization), resistivitas (tahanan jenis) dan lain-lain. Dalam bahasan ini dibahas khusus metode geolistrik tahanan jenis. Pada metode geolistrik tahanan jenis ini, (http://yan.komputasi.web.id) arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua elektroda arus. Kemudian beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektroda yang berbeda kemudian dapat diturunkan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan di bawah titik ukur (sounding point). Metoda ini lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal, jarang memberikan informasi lapisan di kedalaman lebih dari 1000 feet atau 1500 feet. Oleh karena itu metode ini jarang digunakan untuk eksplorasi munyak tetapi lebih banyak digunakan dalam bidang engineering geology seperti penentuan kedalaman batuan dasar, pencarian reservoar air, juga digunakan dalam eksplorasi geothermal.

Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda arus, dikenal beberapa jenis metode resistivitas tahanan jenis, antara lain :

1)             Metode Schlumberger

2)             Metode Wenner

3)             Metode Dipole Sounding

Metoda geolistrik adalah salah satu metoda geofisika yang didasarkan pada penerapan konsep kelistrikan pada masalah kebumian. Tujuannya adalah untuk memperkirakan sifat kelistrikan medium atau formasi batuan bawah permukaan terutama kemampuannya untuk menghantarkan atau menghambat listrik (konduktivitas atau resistivitas). Aliran listrik pada suatu formasi batuan terjadi terutama karena adanya fluida elektrolit pada pori-pori atau rekahan batuan. Oleh karena ituresistivitas suatu formasi batuan bergantung pada porositas batuan serta jenis fluida pengisi pori-pori batuan tsb. Batuan porous yg berisi air atau air asin tentu  lebih konduktif  (resistivitas-nya rendah)  dibanding batuan ygsama yang pori-porinya hanya berisi udara (kosong). Metoda geolistrik ada banyak macamnya, antara lain, metode:

1)      Metode Resistivitas.

2)      Metode Polarisasi Terimbas/Induce Polarization.

3)      Metode potensial diri/Self Potential

Prinsip fisika yang digunakan pada metoda geolistrik secara sederhana dapat dianalogikan dengan rangkaian listrik. Jika arus dari suatu sumber dialirkan ke suatu beban listrik (misalkan kawat seperti terlihat pada gambar) maka besarnya resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan besarnya potensial sumber dan besarnya arus yg mengalir. Potensial listrik batuan adalah potensial listrik alam atau potensial diridisebabkan terjadinya kegiatan elektrokimia atau kegiatan alam. Faktor  pengontrol dari semua kejadian ini adalah air tanah.Potensial ini berasosiasi dengan pelapukan mineral pada bodi sulfida, perbedaan sifat batuan (kandungan mineral) pada kontak geologi, kegiatan bioelektrik, danmateri organik korosi, gradient termal, serta gradient tekanan.

2.2         Macam-Macam Potensial Listrik

1.             Potensial elektrokinetik

Terjadi ketika cairan dengan tahanan jenis ρ dan viskositas η ‘tertekan’ pada suatu medium berpori. ζ yaitu potensial zeta (absorpsi), ΔP yaitu beda tekanan, dan k yaitu konstanta dielektrik.

Dapat dilihat pada gambar berikut :

2.             Potensial Difusi (Liquid Junction)

Terjadi karena perbedaan pergerakan ion pada fluida berkonsentrasi beda.

3.             Potensial Nerst

Terjadi saat 2 buah logam yang berkonsentrasi beda dibenamkan dalam cairan elektrolit.

4.             Potensial Mineralisasi

Terjadi saat 2 metal berbeda dimasukkan dalam cairan yang sama.

2.3         Cara Arus Mengalir di Bumi

1.             Elektronik (Ohmik)

Arus mengalir lewat media padat (logam, batuan, dll.)

 atau dapat di tulis :

Dimana Jika arus dari suatu sumber dialirkan ke suatu beban listrik (misalkan kawat seperti terlihat pada gambar) maka besarnya resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan besarnya potensial sumber dan besarnya arus yang mengalir

2.             Elektrolitik

Arus mengalir lewat cairan yang mengisi pori-pori batuan. Hukum Archie :

Hukum Archie; dimana Ф adalah porositas, Sw perbandingan pori berisi fluida, ρw adalah resistivitas fluida, n, a, m adalah konstanta.

3.             Konduksi Dielektrik       

Arus terbentuk akibat gangguan osilasi medan magnet dari luar. Berkaitan dengan medan luar yang berubah terhadap fungsi waktu (periodik). Parameter terpenting adalah konstanta dielektrik (pada analisis DC = konduktivitas).

2.4         Jenis-Jenis Metode Geolistrik

1.             Metode Tahanan Jenis

Metode resistivitas merupakan metode geolistrik yang mempelajari sifat tahanan jenis listrik dari lapisan batuan di dalam bumi. Prinsip dasar metode resistivitas yaitu mengirimkan arus ke bawah permukaan, dan mengukur kembali potensial yang diterima di permukaan.

Faktor geometri diturunkan dari beda potensial yang terjadi antara elektroda potensial MN yang diakibatkan oleh injeksi arus pada elektroda arus AB, yaitu :

Dapat di tunjukkan dengan rumus :

Besarnya resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan besarnya potensial sumber dan besarnya arus yg mengalir. Besaran resistansi tsb. tidak dapat digunakan untuk memperkirakan jenis material karena masih bergantung ukuran atau geometri-nya. Untuk itu digunakan besaran resistivitas yg merupakan resistansi yang telah dinormalisasi terhadap geometri. Ketika melakukan eksplorasi, perbandingan posisi titik pengamatan terhadap sumber arus. Perbedaan letak titik tersebut akan mempengaruhi besar medan listrik yang akan diukur. Besaran koreksi terhadap perbedaan letak titik pengamatan tersebut dinamakan faktor geometri.

Macam-macam konfigurasi metode resistivitas berdasarkan letak elektrodanya, yaitu :

1)            Segaris dan simetri terhadap titik pusat pada kedua sisi.

a.             Konfigurasi wenner

Dalam hal ini, elektrode arus dan elektrode potensial mempunyai jarak yang sama yaitu C1P1= P1P2 = P2C2 = a. Jadi jarak antar elektrode arus adalah tiga kali jarak antar elektrode potensial. Perlu diingat bahwa keempat elektrode dengan titik datum harus membentuk satu garis.

Pada resistivitas mapping, jarak spasi elektrode tidak berubah-ubah untuk setiap titik datum yang diamati (besarnya a tetap), sedang pada resistivitas sounding, jarak spasi elektrode diperbesar secara bertahap, mulai dari harga a kecil sampai harga a besar, untuk satu titik sounding. Batas pembesaran spasi elektrode ini tergantung pada kemampuan alat yang dipakai. Makin sensitif dan makin besar arus yang dihasilkan alat maka makin leluasa dalam memperbesar jarak spasi elektrode tersebut, sehingga makin dalam lapisan yang terdeteksi atau teramati.

Metode ini dikembangkan di Amerika. Jarak MN selalu 1/3 dari jarak AB. Jika jarak AB diperlebar maka, jarak MN juga harus diubah, sehingga jarak MN tetap 1/3 jarak AB.

Adapun Kelebihan dan kekurangannya yaitu :

1)             Mampu mendeteksi adanya non homogenitas lapisan batuan pada permukaan.

2)             Pembacaan tegangan pada elektroda MN, lebih kecil, terutama ketika jarak AB jauh.

b.             Konfigurasi wenner-schlumberger

Konfigurasi Wenner-Schlumberger adalah konfigurasi dengan sistem aturan spasi yang konstan dengan catatan faktor “n” untuk konfigurasi ini adalah perbandingan jarak antara elektroda C1-P1 (atau C2-P2) dengan spasi antara P1-P2 seperti pada Gambar 3. Jika jarak antar elektroda potensial (P1 dan P2) adalah a maka jarak antar elektroda arus (C1 dan C2) adalah 2na + a. Proses penentuan resistivitas menggunakan 4 buah elektroda yang diletakkan dalam sebuah garis lurus (Sakka, 2001).

Konfigurasi ini merupakan perpaduan dari konfigurasi Wenner dan konfigurasi Schlumberger. Pada pengukuran dengan faktor spasi (n) = 1, konfigurasi Wenner-Schlumberger sama dengan pengukuran pada konfigurasi Wenner (jarak antar elektrode = a), namun pada pengukuran dengan n = 2 dan seterusnya, konfigurasi Wenner-Schlumberger sama dengan konfigurasi Schlumberger (jarak antara elektrode arus dan elektrode potensial lebih besar daripada jarak antar elektrode potensial).

Maka berdasarkan gambar faktor geometri pada konfigurasi wenner-schlumberger adalah :

            Maka berlaku hubungan sebagai berikut :

Dimana :          k  : faktor geometri

                                     : Beda Potensial

                                   I   : Arus Listrik

Adapun Kelebihan dan kekurangannya yaitu :

1.             Mampu mendeteksi adanya non homogenitas lapisan batuan pada permukaan.

2.             Pembacaan tegangan pada elektroda MN, lebih kecil, terutama ketika jarak AB jauh.

c.              Konfigurasi dipole-dipole

Selain konfigurasi Wenner dan Wenner-Schlumberger, konfigurasi yang dapat digunakan adalah Pole-pole, Pole-dipole dan Dipole-dipole. Pada konfigurasi Pole-pole, hanya digunakan satu elektrode untuk arus dan satu elektrode untuk potensial. Sedangkan elektrode yang lain ditempatkan pada sekitar lokasi penelitian dengan jarak minimum 20 kali spasi terpanjang C1-P1 terhadap lintasan pengukuran. Sedangkan untuk konfigurasi Pole-dipole digunakan satu elektrode arus dan dua elektrode potensial. Untuk elektrode arus C2 ditempatkan pada sekitar lokasi penelitian dengan jarak minimum 5 kali spasi terpanjang C1-P1. Sehingga untuk penelitian skala laboratorium yang mungkin digunakan adalah konfigurasi Dipole-dipole.

sehingga berdasarkan gambar, maka faktor geometri untuk konfigurasi Dipole-dipole adalah :

Sehingga berlaku hubungan sebagai berikut :

Pada konfigurasi Dipole-dipole, dua elektrode arus dan dua elektrode potensial ditempatkan terpisah dengan jarak na, sedangkan spasi masing-masing elektrode a. Pengukuran dilakukan dengan memindahkan elektrode potensial pada suatu penampang dengan elektrode arus tetap, kemudian pemindahan elektrode arus pada spasi n berikutnya diikuti oleh pemindahan elektrode potensial sepanjang lintasan seterusnya hingga pengukuran elektrode arus pada titik terakhir di lintasan itu.

2)            Tidak segaris dan simetri terhadap titik pusat pada kedua sisi.

a.             Konfigurasi Dipole

Mempunyai dua bagian utama ‘Current Dipole’ (AB) dan ‘Potential Dipole’ (MN), yang letaknya tidak segaris dan simetris. Untuk menambah kedalaman penetrasi, jarak CD dan PD diperpanjang, sedangkan jarak AB dan MN tetap.

Adapun Kelebihan dan kekurangannya yaitu :

1)            Kemampuan penetrasi yang lebih dalam sehingga mampu medeteksi batuan lebih dalam.

2)            Tidak praktis dibandingkan konfigurasi Wenner atau Schlumberger.

Gambar Teknik pengukuran metode resistivitas mapping dan sounding

Berdasarkan pada tujuan penyelidikan metode resistivitas, teknik pengukurannya dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu metode resistivity mapping dan sounding.       

Gambar. Resistivitas mapping

Metode resistivity mapping merupakan metode resistivitas yang bertujuan untuk mempelajari variasi tahanan jenis lapisan bawah permukaan secara lateral.

Gambar. Resistivitas sounding

Metode resistivitas sounding bertujuan untuk mempelajari variasi resisitivitas batuan di bawah permukaan bumi secara vertikal. Selain itu juga terdapat teknik imaging/topografi, yaitu teknik pengukuran untuk memperoleh informasi baik secara lateral maupun vertical (2D dan 3D).

2.             Metode Polarisasi Terimbas (Induced Polarization)

Metode polarisasi terimbas (Induced Polarization) adalah salah satu metode geofisika yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik yang terjadi di bawah permukaan akibat adanya arus induktif yang menyebabkan reaksi transfer antara ion elektrolit dan mineral logam. Parameter yang diukur adalah nilai dari chargeability, yaitu nilai dari perbandingan antara peluruhan potensial sekunder terhadap waktu. Konfigurasi pengukurannya sama dengan metoda Tahanan Jenis.

Metode ini umumnya digunakan untuk penelitian eksplorasi air tanah, geoteknik, ekplorasi mineral, studi lingkungan, dan arkeologi. Peralatan metoda Polarisasi Terimbas yang dimiliki oleh Pusat Survei Geologi, adalah sebagai berikut : IPR-12 Receiver dengan TSQ-3 Transmitter Merk Scintrex.

3.             Metode Potensial Diri

Metoda potensial diri pada dasarnya merupakan metoda yang menggunakan sifat tegangan alami suatu massa (endapan) di alam. Hanya saja perlu diingat bahwa anomali yang diberikan oleh metoda potensial diri ini tidak dapat langsung dapat dikatakan sebagai badan bijih tanpa ada pemastian dari metoda lain atau pemastian dari kegiatan geologi lapangan.

Karena pengukuran dalam metoda potensial diri diperoleh langsung dari hubungan elektrik dengan bawah permukaan, maka metoda ini tidak baik digunakan pada lapisan-lapisan yang mempunyai sifat pengantar listrik yang tidak baik (isolator), seperti batuan kristalin yang kering. Dalam metoda potensial diri (self potential) ada 2 macam teknik pengukuran.

Adapun Instrumen Metode IP yang di gunakan yaitu :

1)            Secara umum, peralatan yang digunakan pada metoda potensial diri ini terdiri dari elektroda, kabel, dan voltmeter.

2)             Elektroda yang digunakan terbuat seperti tabung panjang yang diisi dengan larutan CuSO4 dengan porosnya terbuat dari dari tembaga. Tipe lainnya dikenal dengan elektroda Calomel yang diisi oleh KCl- HgCl2.

Ada dua macam teknik pengukuran Metode Potensial Diri yaitu:

1)            Cara yang pertama, salah satu elektroda tetap, sedangkan yang satu lagi bergerak pada lintasannya.

2)            Cara yang kedua, kedua elektroda bergerak bersamaan secara simultan, misalnya dengan interval 50 m.

4.             Geolistrik Untuk Berbagai Eksplorasi

1.             Eksplorasi Reservoir Air Tanah

Metode geolistrik yang paling tepat untuk digunakan dalam pencarian reservoir air tanah adalah metode tahanan jenis/resistivitas, karena metode ini lebih efektif untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal yaitu pada kedalaman sekitar 30-150 meter.

Parameter yang diukur adalah harga resistensi batuan dimana batuan yang mengandung banyak air memiliki konduktivitas semakin besar, sehingga resistivitasnya akan semakin kecil. Begitu pula sebaliknya, konduktivitas akan semakin kecil jika kandungan air dalam batuan semakin sedikit, sehingga resistivitasnya akan semakin besar.

2.             Eksplorasi Batubara

Salah satu metoda geofisika yang dapat digunakan untuk memperkirakan keberadaan dan ketebalan batubara di bawah permukaan adalah metoda geolistrik tahanan jenis. Metoda geolistrik dapat mendeteksi lapisan batubara pada posisi miring, tegak dan sejajar bidang perlapisan di bawah permukaan akibat perbedaan resistansi perlapisan batuan yang satu dengan yang lain, karena pada umumnya batubara memiliki harga resistansi tertentu.

3.             Eksplorasi Geothermal

Dalam eksplorasi panas bumi digunakan metode geolistrik tahanan jenis untuk memetakan harga tahanan jenis batuan di daerah penelitian dalam rangka menentukan daerah konduktif yang merupakan batas reservoir sistem panasbumi.

Peninjauan yang dilakukan dengan cara profiling untuk memperoleh gambaran umum daerah  prospek panasbumi.

4.             Eksplorasi Mineral/Bahan Galian dan Industri

Dalam eksplorasi mineral digunakan metode geolistrik polarisasi terimbas.Mengenai polarisasi yang terjadi pada batuan dan tanah adalah melingkupi penyebaran atau difusiion-ion menuju mineral-mineral logam dan pergerakan ion-ion didalam pore-fillingelektrolit. Yang menjadi efek utama atau mekanisme utama yang terjadi dalam suatuproses polarisasi adalah polarisasi elektroda atau electrode polarization dan polarisasi membrane atau membrane polarization.

BAB III

PENUTUP

3.1         Kesimpulan

Dari pembahasan di atas maka dapat disimpulkan bahwa geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan bumi. Disini juga ada beberapa metode atau konfigurasi yang di gunakan  dalam geolistrik atau tahan jenis itu sendiri yang seperti telah di jelaskan di pembahasan di antaranya, konfigurasi wenner, Konfigurasi wenner-schlumberger, dan Konfigurasi dipole-dipole.

3.2         Saran

Adapun saran penulis kepada pembaca makalah ini atau untuk pembuatan makalah-makalah selanjutnya di harapakan agar dapat memperlengkap atau mencari referensi yang banyak lagi, karena makalah ini mungkin kurang referensi dari buku hanya menggunakan yang namanya dari internet atau website.