KOMPETENSI DASAR 4.2: METODE GEOFISIKA:
B. METODE GEOLISTRIK (GEOELECTRICAL)
1. Pengertian metode geolistrik
Beberapa pengertian mengenai metode geolistrik sebagai berikut:
a. Metode electrical merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan bumi.
Metode geolistrik dilakukan melalui pengukuran beda potensial yang ditimbulkan akibat injeksi arus listrik ke dalam bumi. Sifat-sifat suatu formasi dapat digambarkan oleh tiga parameter dasar yaitu konduktivitas listrik, permeabilitas magnet, dan permitivitas dielektrik. Sifat konduktivitas batuan berpori dihasilkan oleh sifat konduktivitas dari fluida yang mengisi pori, interkoneksi ruang pori dan sifat konduktivitas dari interfase butiran dan fluida pori. Berdasarkan pada harga resistivitas listriknya, suatu struktur bawah permukaan bumi dapat diketahui material penyusunannya. Metode geolistrik cukup sederhana, murah dan sangat rentan terhadap gangguan sehingga cocok digunakan dalam eksplorasi dangkal.
(Ngadimin,2001)
b. Metode geolistrik merupakan metode yang menggunakan prinsip aliran arus listrik dalam menyelidiki struktur bawah permukaan bumi. Aliran arus listrik dalam mengalir di dalam tanah melalui batuan-batuan dan sangat dipengaruhi oleh adanya air tanah dan garam yang terkandung di dalam batuan serta hadirnya mineral logam maupun panas yang tinggi. Oleh karena itu, metode geolistrik dapat digunakan pada penyelidikan hidrogeologi seperti penentuan aquifer dan adanya kontaminasi, penyelidikan mineral, survey arkeologi dan deteksi hotrocks pada penyelidikan panas bumi.
c. Geolistrik merupakan salah satu metode 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 bias 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 menggunakan multimeter yang terhubung melalui 2 buah
“elektroda tegangan” M dan N yang jaraknya lebih pendek daripada jarak elektroda AB. Bila posisi jarak elektroda AB diubah menjadi lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada elektroda MN ikut berubah sesusi dengan informasi jenis batuan yang ikut terinjeksi arus listrik pada kedalaman yang lebih besar. Dengan asumsi bahwa kedalaman lapisan batuan yang bias ditembus oleh arus listrik ini sama dengan sepuluh 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 bila dengan jari-jari AB/2 (Anonim, 2007a)
Berdasarkan asal sumber arus listrik yang digunakan, metode resistivitas dikelompokkan ke dalam dua kelompok yaitu (Prasetiawati, 2004) :
a. Metode pasif
Metode ini menggunakan arus listrik alami yang terjadi di dalam tanah (batuan) yang timbul akibat adanya aktivitas elektrokimia dan elektromekanik dalam materi-materi penyusun batuan. Metode yang termasuk dalam kelompok ini diantaranya Potensial Diri (Self Potensial/SP) dan Magneto Teluric (MT)
Geo Pfisika FKIP UNS Page 89 b. Metode aktif
Arus listrik yang diinjeksikan (dialirkan) ke dalam batuan, kemudian efek potensial yang ditimbulkan arus tersebut diukur di permukaan. Metode yang termasuk ke dalam kelompok ini diantaranya metode resistivity dan Induced Polarization (IP).
2. Karakteristik Metode geolistrik
Metode geolistrik 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 minyak tetapi lebih banyak digunakan dalam bidang engineering geology seperti penentuan kedalaman batuan dasar, pencarian reservoir air, juga digunakan dalam eksplorasi geothermal. Tetapi walaupun begitu pada akhir-akhir ini metode ini digunakan dalam eksplorasi minyak bumi antara lain di Rusia, Canada, dan Indonesia. Metode geolistrik juga cocok digunakan untuk monitoring gerakan air garam (Fried, 1975). White (1988) melakukan monitoring arah dan kecepatan aliran ground water dengan metode resistivitas dan menggunakan konfigurasi Schlumberger dan Wenner. Berdasarkan identifikasi variasi resistivitas listriknya, maka metode geolistrik tahanan jenis diperkirakan dapat dimanfaatkan untuk mendeteksi rembesan dan pencemaran polutan yang disebabkan kebocoran oli di bawah permukaan tanah.
3. Metode Geolistrik Tahanan Jenis (Resistivitas)
Metode geolistrik resistivitas adalah salah satu metode yang cukup banyak digunakan dalam dunia eksplorasi khususnya eksplorasi air tanah karena resistivitas dari batuan sangat sensitif terhadap kandungan airnya. Sebenarnya ide dasar dari metode ini sangatlah sederhana, yaitu dengan menganggap bumi sebagai suatu resistor.
Gambar 4.11 Metode Geolistrik Tahanan Jenis
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 ini 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
Geo Pfisika FKIP UNS Page 90 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
Metode ini memanfaatkan sifat resistivitas listrik batuan untuk mendeteksi dan memetakan formasi bawah permukaan. Metode ini dilakukan melalui pengukuran beda potensial yang ditimbulkan akibat injeksi arus listrik ke dalam bumi.
Metode tahanan jenis adalah salah satu metode dari kelompok metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik dalam batuan di bawah permukaan bumi. Yang dipelajari di sini mencakup besaran medan potensial, medan elektromagnetik yang diakibatkan oleh aliran arus listrik secara alamiah (pasif) maupun secara buatan (aktif). Beberapa metode yang termasuk di
Metode resistivitas pada dasarnya adalah pengukuran harga resistivitas (tahanan jenis) batuan. Prinsip kerja metode ini adalah dengan menginjeksikan arus ke bawah permukaan bumi sehingga diperoleh beda potensial, yang kemudian akan didapat informasi mengenai tahanan jenis batuan. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan keempat elektroda yang disusun sebaris, salah satu dari dua buah elektroda yang berbeda muatan digunakan untuk mengalirkan arus ke dalam tanah, dan dua elektroda lainnya digunakan untuk mengukur tegangan yang ditimbulkan oleh arus tadi, sehingga resistivitas bawah permukaan dapat diketahui. Resistivitas batuan adalah fungsi dari konfigurasi elektroda dan parameter-parameter listrik batuan. Arus yang dialirkan di dalam tanah dapat berupa arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC) berfrekuensi rendah. Untuk menghindari potensial spontan, efek polarisasi dan menghindarkan pengaruh kapasitansi tanah yaitu kecenderungan tanah untuk menyimpan muatan maka biasanya digunakan arus bolak-balik yang berfrekuensi rendah (Bhattacharya & Patra, 1968).
Gambar 4.12 Prinsip kerja metode resistivitas 4. Resistivitas semu
Pengukuran resistivitas dilakukan terhadap permukaan bumi yang dianggap sebagai suatu medium yang homogeny isotropis. Pada kenyataannya, bumi tersusun atas komposisi
Geo Pfisika FKIP UNS Page 91 batuan yang bersifat heterogen baik ke arah vertical maupun horizontal. Akibatnya objek batuan yang tidak homogen dan beragam akan memberikan harga resistivitas yang beragam pula. Sehingga resistivitas yang diukur adalah resistivitas semu. Harga tahanan jenis semu ini tergantung pada tahanan jenis lapisan-lapisan pembentuk formasi dan konfigurasi elektroda yang digunakan. Tahanan jenis semu dirumuskan sebagai :
Dengan adalah faktor geometri susunan elektroda yang berdimensi panjang.
Beberapa hal yang mempengaruhi nilai resistivitas semu adalah sebagai berikut (Prasetiawati, 2004) :
a. Ukuran butir penyusun batuan, semakin kecil besar butir maka kelolosan arus akan semakin baik, sehingga mereduksi nilai tahanan jenis.
b. Komposisi mineral dari batuan, semakin meningkat kandungan mineral clay akan mengakibatkan menurunnya nilai resistivitas.
c. Kandungan air, air tanah atau air permukaan merupakan media yang mereduksi nilai tahanan jenis.
d. Kelarutan garam dalam air di dalam batuan akan mengakibatkan meningkatnya kandungan ion dalam air sehingga berfungsi sebagai konduktor.
e. Kepadatan, semakin padat batuan akan meningkatkan nilai resistivitas 5. Beberapa Konfigurasi untuk Metode Geolistrik Tahanan Jenis
Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda potensial dan elektroda-elektroda arus, dikenal beberapa jenis konfigurasi untuk resistivitas tahanan jenis, antara lain:
a. Konfigurasi Schlumberger
Prinsip 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 dengan cara peralatan arus yang mempunyai tegangan DC yang sangat tinggi. Keunggulan konfigurasi Schlumberger adalah kemampuan untuk mendeteksi adanya sifat tidak homogenitas lapisan batuan pada permukaan, yaitu dengan membandingkan nilai resistivitas semu ketika terjadi perubahan elektroda MN/2 (Anonim, 2007a)
Gambar 4.13 Konfigurasi Metode Schlumberger (Anonim,2007a) 1
M N
A B
Geo Pfisika FKIP UNS Page 92 b. Konfigurasi Wenner
Jarak . Bertujuan untuk mencatat perbedaan potensial dengan elektroda pengukur yang berjarak panjang. Dlam konfigurasi ini keempat elektroda dipasang segaris denganinterval yang sama (a) dan elektroda arus dan berada di luar elektroda potensial dan . Susunan ini digunakan sebagian besar untuk pengukuran profilinguntuk mengetahui kontak batuan (kontras resistivitas) secara vertikal. Berdasarkan tata letak elektrodanya, faktor geometri untuk konfigurasi Wenner adalah
Gambar 4.14 Konfigurasi Wenner c. Konfigurasi Dipole-dipole
Pada konfigurasi elektroda dipole-dipole, kedua elektroda potensial diletakkan di luar elektroda arus. Jarak antara elektroda arus sama dengan jarak antara kedua elektroda potensial sebesar a. Sedangkan elektroda arus dan elektroda potensial bagian dalam ( dan
) berjarak na. Faktor geometri untuk konfigurasi dipole-dipole adalah :
Gambar 4.15 Konfigurasi Dipole-Dipole d. Konfigurasi Pole-Pole
Konfigurasi Pole-Pole memiliki keunggulan untuk mendeteksi adanya nilai dari tahanan jenis (resistivitas) bawah permukaan tanah. Konfigurasi Pole-Pole jarang digunakan dalam survey geolistrik untuk prosedur sounding. Konfigurasi ini bertujuan mencatat gradient potensial atau intensitas medan listrik dengan menggunakan pasangan elektroda detector (potensial) yang berjarak relative dekat dibanding dengan jarak elektroda arus. Elektoda detektor diletakkan pada bagian tengah dari susunan tersebut (Marino, 1984). Dalam susunan ini empat elektroda terletak dalam suatu garis lurus. Susunan elektroda untuk konfigurasi Pole-Pole ditunjukkan dalam gambar berikut :
I na V
STA
a a
I
V
a a
a
STA
Geo Pfisika FKIP UNS Page 93 Gambar 4.16 Konfigurasi Pole-Pole
6. Manfaat Metode Geolistrik bagi kehidupan manusia
Beberapa manfaat dari metode geolistrik dalam kehidupan manusia antara lain:
a. Sebagai alat monitoring rembesan limbah
b. Untuk mengukur resistivitas bawah permukaan tanah dan mengetahui struktur tanah c. Dapat mengidentifikasi keberadaan pipa di bawah permukaan (misalnya melalui
konfigurasi Wenner-Schlumberger)
d. Dapat menentukan tahanan jenis batubara (eksplorasi geotermal). Melalui metode geolistrik, dapat dideteksi lapisan batubara pada posisi miring, tegak dan sejajar bidang perlapisan di bawah permukaan.
e. Dapat mengidentifikasi pencemaran air tanah f. Dapat digunakan dalam pencarian reservoir air g. Dapat digunakan dalam pemetaan bawah permukaan h. Dapat menentukan sumber anomali geomagnet.
i. Dapat menentukan kedalaman batuan dasa j. Dan aplikasi geoteknik lainnya
I na V
STA
Geo Pfisika FKIP UNS Page 94