PRAKTIKUM GEOLISTRIK RESISTIVITI

PRAKTIKUM GEOLISTRIK RESISTIVITILABORATORIUM GEOFISIKADASAR TEORI

Konsep Dasar Metoda Tahanan Jenis

Geolistrik merupakan salah satu dari metode-metode yang ada dalam geofisika yang mempelajari mengenai sifat aliran listrik di dalam bumi. Yang dipelajari dalam metode tahanan jenis ini adalah mencakup besaran medan potensial, medan elektromagnetik yang diakibatkan oleh aliran arus listrik secara alamiah (pasif) maupun secara buatan (aktif). Pada dasarnya metode ini didekati menggunakan konsep perambatan arus listrik di dalam medium homogen isotropis, dimana arus listrik bergerak ke segala arah dengan nilai sama besar. Dari pengukuran ini nilai resistivitas bawah permukaan dapat diperkirakan. Nilai resistivitas permukaan berhubungan dengan variasi parameter geologi seperti mineral, komponen penyusun cairan, porositas, dan derajat saturasi air di dalam batuan.

Pada metode geolistrik tahanan jenis, arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua buah buah elektoda arus. Beda potensial yang terjadi diukur melalui dua buah elektroda potensial, dari hasil pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektroda tertentu, dapat ditentukan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan di bawah titik ukur (titik sounding).

Umumnya, metode resistivitas ini hanya baik untuk ekplorasi dangkal, sekitar 100 meter. Jika kedalaman lapisan lebih dari harga tersebut, maka informasi yang diperoleh kurang akurat, hal ini disebabkan melemahnya arus listrik untuk jarak bentangan yang semakin besar. Karena itu, metode ini jarang digunakan untuk eksplorasi dalam, sebagai contoh eksplorasi minyak. Metode tahanan jenis banyak digunakan di dalam pencarian air tanah untuk memonitor pencemaran air tanah eksplorasi geothermal, aplikasi geoteknik, pencarian bahan tambang, dan untuk penyelidikan dibidang arkeologi. (Reynolds, 1997 dalam Virgo, 2002)

Gambar 1. Pasangan Elektroda Arus dan Potensial Yang Umum Digunakan Dalam Survey Tahanan Jenis (Rachmad, 2001)

Dari gambar diatas, potensial pada elektroda M dan M oleh karena arus pada elektroda A dan B dapat dinyatakan dengan :

.................................(1)dan potensial di N akibat arus pada titik elektroda A dan B juga dapat dinyatakan dengan :

..................................(2)Beda potensial antara titik M dan N dapat dinyatakan :

...........(3)

atau

...................................(4)dengan

........................(5)

K disebut faktor geometri, yaitu koreksi konfigurasi elektroda potensial dan arus yang digunakan. Faktor geometri sangat penting dalam pendugaan tahanan jenis. A adalah elektroda arus 1 (C1), M adalah elektroda potensial 1 (P1), N adalah elektroda potensial 2 (P2) dan B adalah elektroda arus 2 (C2).

Berdasarkan pada tujuan penyelidikan, metode geolistrik tahanan jenis dapat dibagi dua kelompok besar, yaitu :

1. Metode resistivity mapping yang mana metode ini merupakan metode resistivity yang bertujuan untuk mempelajari variasi tahanan jenis lapisan bawah permukaan secara horizontal. Oleh karena itu, pada metode ini digunakan konfigurasi elektroda yang sama untuk semua titik pengamatan dipermukaan bumi.

2. Metode resistivity sounding yang mana metode ini bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas batuan dibawah permukaan secara vertikal. Pada metode ini, pengukuran pada suatu titik sounding dilakukan dengan jalan mengubah-ubah jarak elektroda. Pengubahan ini tidak dilakukan secara sembarang tetapi mulai jarak elektroda terkecil kemudian membesar secara gradual.Terdapat berbagai macam aturan yang dipakai untuk menempatkan keempat elektroda tersebut diatas. Aturan-aturan penempatan keempat elektroda tersebut dalam istilah geofisika sering dinamai sebagai konfigurasi elektroda. Telah banyak orang mempelajari bagaimana bentuk konfigurasi elektroda yang baik dan yang dapat memecahkan permasalahan yang dihadapi. Oleh karena itu tidaklah aneh jika terdapat berbagai macam bentuk konfigurasi elektroda pada metode geolistrik ini.

Ada beberapa macam konfigurasi elektroda yang sering digunakan dalam survei geolistrik, diantaranya: konfigurasi Wenner, konfigurasi Schlumberger, konfigurasi Pole-Pole, konfigurasi Pole-Dipole dan konfigurasi Dipole-Dipole. Biasanya pemilihan konfigurasi ini disesuaikan dengan kondisi daerah survei dan tujuan survei. (Loke, 1999). Sifat Listrik Batuan dan MineralAliran konduksi arus listrik didalam batuan/mineral digolongkan atas tiga macam yaitu konduksi dielektrik, konduksi elektrolitik, dan konduksi elektronik. Konduksi dielektrik terjadi jika batuan/mineral bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik (terjadi polarisasi muatan bahan saat bahan dialiri listrik). Konduksi elektrlitik terjadi jika batuan/mineral bersifat porus dan pori-pori tersebut terisi cairan-cairan elektrolitik. Pada kondisi ini arus listrik dibawa oleh ion-ion elektrolitik. Kondisi elektronik terjadi jika batuan/mineral mempunyai banyak elektron bebas sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan/mineral oleh elektron bebas. Berdasarkan harga resistivitas listriknya batuan/mineral digolongkan menjadi tiga yaitu :

1. konduktor baik

: 10-8 < < 1 m

2. konduktor pertengahan: 1 < < 107 m3. isolator

: > 107 m

Untuk interpretasi, hanya ini parameter yang digunakan.

Perumusan Dasar Geolistrik Resistivitas

Dalam metode geolistrik ini digunakan definisi-definisi dasar listrik secara umum adalah

Resistansi

:

.............................(6)

Resistivitas

:

.............................(7)

Konduktivitas:

.............................(8)

Dimana :

V: beda potensial antara dua buah titik

I: besar arus listrik yang mengalir

E: medan listrik

J: rapat arus listrik (arus listrik persatuan luas)

Untuk silinder konduktor dengan panjang L dengan luas penampang A, dapat dituliskan kuat medan listrik sebagai berikut :

Gambar 2. Konduktor Dengan Panjang L dan Luas A (Lilik. H, 1998)Medan listrik E yang ditimbulkan oleh beda tegangan V dirumuskan

.................................................................(9)Tahanan yang muncul dirumuskan dengan

.................................................................(10)

dari persamaan diperoleh persamaan resistivitas yaitu

.................................................................(11)

Konsep Resistivitas Semu

Bumi diasumsikan mempunyai sifat homogen isotropis. Dengan asumsi ini, resistivitas yang terukur merupakan resistivitas sebenarnya dan tidak tergantung atas spasi elektroda. Pada kenyataannya, bumi terdiri dari lapisan-lapisan dengan yang berbeda-beda, sehingga potensial yang terukur merupakan pengaruh dari lapisan-lapisan tersebut. Maka harga resistivitas yang terukur bukan merupakan harga resistivitas untuk satu lapisan saja, hal ini terutama untuk spasi elektroda yang lebar.

Resistivitas semu ini dirumuskan dengan :

................................................................(12)Dengan resistivitas semu (Apparent Resistivity) yang bergantung pada spasi elektroda. Untuk kasus tak homogen, bumi diasumsikan berlapis-lapis dengan masing-masing lapisan mempunyai harga resistivitas yang berbeda. Resistivitas semu merupakan resistivitas dari suatu medium fiktif homogen yang ekivalen dengan medium berlapis yang ditinjau. Sebagai contoh medium berlapis yang ditinjau misalnya terdiri dari dua lapis yang mempunyai resistivitas berbeda (1 dan 2) dianggap sebagai medium satu lapis homogen yang mempunyai satu harga resistivitas semu a, dengan konduktansi lapisan fiktif sama dengan jumlah konduktansi masimg-masing lapisan a = 1 + 2.

Gambar 3. Konsep Resistivitas Semu Pada Medium Berlapis Pemilihan Konfigurasi Elektroda

Pemilihan konfigurasi elektroda bergantung pada tipe struktur yang akan dipetakan, sensitivitas alat tahanan jenis dan tingkat noise yang ada. Masing-masing konfigurasi elektroda diatas mempunyai kelebihan dan kekurangan. Suatu permasalahan mungkin lebih baik dilakukan dengan suatu jenis konfigurasi elektroda, tetapi belum tentu permasalahan tersebut dapat dipecahkan jika digunakan jenis konfigurasi lainnya. Oleh karena itu, sebelum dilakukan pengukuran, harus diketahui dengan jelas tujuannya sehingga kita dapat memilih jenis konfigurasi yang mana yang akan dipakai. Karakteristik yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan konfigurasi elektroda adalah sensitivitas konfigurasi terhadap perubahan nilai tahanan jenis bawah permukaan secara vertikal dan horizontal, kedalaman investigasi, cakupan data horizontal dan kuat sinyal.Sensitivitas konfigurasi adalah suatu koefisien yang menggambarkan tingkat perubahan nilai tahanan jenis bawah permukaan yang akan mempengaruhi potensial yang terukur. Koefisien sensitivitas juga bergantung pada faktor geometri elektroda yang akan digunakan.

Kedalaman investigasi adalah kemampuan konfigurasi elektroda dalam memetakan kedalaman maksimum yang dapat ditembus. Untuk memperoleh kedalaman maksimum yang dapat dipetakan, kalikan spasi elektroda a maksimum atau panjang bentangan maksimum L dengan faktor kedalaman.

Cakupan data horizontal adalah kemampuan konfigurasi elektroda untuk menghasilkan banyaknya data dalam arah lateral/horizontal, kemampuan ini sangat berguna dalam survei 2D (Loke, 1999). Sedangkan yang dimaksud dengan kuat sinyal adalah tingkat stabilitas tegangan yang dihasilkan oleh alat ukur tahanan jenis terhadap peningkatan faktor geometri elektroda. Besarnya adalah berbanding terbalik dengan faktor geometri yang digunakan. Konfigurasi Metoda Tahanan Jenis

1. Konfigurasi elektroda cara Wenner

Konfigurasi Wenner digunakan jarak yang sama antara elektroda. Dalam konfigurasi ini AM = MN = NB = a. Perhatikan gambar dibawah ini :

Gambar 4. Susunan elektroda konfigurasi WennerPersamaan resistivitasnya dirumuskan dengan :

................................................................(13)

dimana

Kw = 2 a

................................................................(14)

Keterangan :

a= Tahanan jenis semu (m)

V= Beda potensial (Volt) antara sepasang elektroda V1 dan V2 I= Kuat arus (mA) yang dialirkan melalui elektroda C1 dan C2 K= Faktor geometri (konstanta) jarak elektroda Pada konfigurasi ini, jarak elektroda a harus seragam untuk tiap survei. Bila jarak elektroda AB misalnya 10 m, maka jarak elektroda MN haruslah 3,3 m. Bila elektroda AB dibuat 12 m, maka MN haruslah 4 m dan demikian seterusnya.2. Konfigurasi Wenner-SchlumbergerSeperti konfigurasi Wenner, konfigurasi ini juga dapat digunakan untuk resistiviyy mapping maupun Sounding. Perbedaannya hanya terletak pada letak elektroda-elektrdanya. Sedangkan cara pelaksanaannya sama yaitu untuk resistivity mapping, jarak spasi elektroda dibuat tetap untuk masing-masing titik amat (titik sounding), sedangkan untuk resistivity sounding, jarak spasi elektroda diubah-ubah secara grduil untuk suatu titik amat. Untuk aturan Schlumberger, spasi elektroda arus jauh lebih lebar daripada spasi elektroda potensial.

Gambar 5. Susunan Konfigurasi Elektroda SchlumbergerDimana

KWS = n ( n + 1 ) a

.....................................................(15)3. Konfigurasi Dipole-Dipole

Gambar 6. Susunan Konfigurasi Elektroda Dipole-DipoleDimana

K = .n.a.(n+1) (n+2)

.....................................................(16)

Metode Akuisisi Data Lapangan

Ada tiga macam cara pengukuran resistivitas yang biasa dilakukan dalam akuisisi data di lapangan. Masing-masing memiliki fungsi yang berbeda, ketiga cara tersebut yaitu

1. Lateral Mapping (1D)

Cara ini dilakukan untuk mengetahui kecenderungan harga resistivitas di suatu areal tertentu. Setiap titik target akan dilalui beberapa titik pengukuran. Ilustrasi ini dapat dilihat pada gambar berikut

Gambar 7. Teknik Akuisisi Lateral MappingUntuk group pertama (n=1), spasi dibuat bernilai a. setelah pengukuran pertama dilakukan, elektroda selanjutnya digeser ke kanan sejauh a (C1 dipindah ke P1, P1 dipindah ke P2, dan P2 ke C2) sampai jarak maksimum yang diinginkan.2. Vertikal Sounding (1D)

Cara ini digunakan untuk mengetahui distribusi harga resistivitas pada suatu titik target sounding di bawah permukaan bumi. Cara ini sering dinamakan Sounding 1D sebab resolusi yang dihasilkan hanya bersifat vertikal.

Gambar 8. Teknik Akuisisi Vertikal SoundingPada gambar diatas, konfigurasi yang digunakan adalah Schlumberger. Pengukuran pertama dilakukan dengan membuat jarak spasi a. Dari pengukuran ini diperoleh satu titik pengukuran. Pengukuran kedua dilakukan dengan membuat jarak spasi antara C1 P1 dan P2 C2 menjadi 2a dan diperolah titik pengukuran berikutnya. Pengukuran terus dilakukan hingga area survei telah terlingkupi.

3. Resistivity 2DMetode ini merupakan gabungan dari lateral mapping dan vertikal sounding, digunakan untuk menentukan distribusi tahanan jenis semu secara vertikal per kedalaman. Pengukurannya dilakukan dengan cara memasang elektroda arus dan potensial pada satu garis lurus dengan spasi tetap, kemudian semua elektroda dipindahkan atau digeser sepanjang permukaan sesuai dengan arah yang telah ditentukan sebelumnya. Untuk setiap posisi elektroda akan didapatkan harga tahanan jenis semu. Dengan membuat peta kontur tahanan jenis semu akan diperoleh pola kontur yang menggambarkan adanya tahanan jenis yang sama. (Loke, 1999).

V

I

C1 P1 P2 C2

A M N B

A A A

L

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

a

EMBED Equation.3

I

V

A B

M N

C1 P1 P2 C2

a a a

I

V

A B

C1 P1 P2 C2

2a a 2a

P1 P2 C1 C2

a 2a a

V

I

C1 P1 C1 P1

a

C1 P1 P2 C2

a

n = 1

n = 2

n = 3

PAGE 16

_1231669312.unknown

_1231672360.unknown

_1231677125.unknown

_1231677676.unknown

_1231673770.unknown

_1231673809.unknown

_1231673984.unknown

_1231672454.unknown

_1231671241.unknown

_1231671417.unknown

_1231670261.unknown

_1231666207.unknown

_1231668968.unknown

_1231669037.unknown

_1231666300.unknown

_1231665739.unknown

_1231666025.unknown

_1231665496.unknown