2.4 Metode Geolistrik Resistivitas
2.4.2 Metode Geolistrik Resistivity Wenner Schlumberger
Tiap-tiap medium (lapisan batuan) mempunyai sifat kelistrikan berbeda-beda, tergantung dari kandungan logam/non logam, komposisi mineral, kandungan air, permeabilitas, tekstur, suhu dan umur geologi Ada beberapa konfigurasi elektroda yang sering digunakan, yaitu metode Wenner, metode Pole-pole, metode Pole-diPole-pole, metode Dipole-diPole-pole, metode Schlumberger dan metode Wenner-Schlumberger. Dengan C1 dan C2 adalah elektroda-elektroda arus, P1 dan P2 adalah elektroda-elektroda potensial, a adalah spasi elektroda, n adalah perbandingan jarak antara elektroda C1 dan P1 dengan spasi a (Rosdiana, 2011)
36
Gambar 2.8 Beberapa konfigurasi elektroda yang digunakan dalam survei metode geolistrik resistivitas
Apabila terdapat dua elektroda arus yang dibuat dengan jarak tertentu seperti Gambar 2.6, potensial pada titik-titik dekat permukaan akan dipengaruhi oleh kedua elektroda arus tersebut. Gambar 2.6 dua pasang elektroda arus dan potensial pada permukaan medium homogen isotropis dengan tahanan jenis ρ (Bahri, 2005). Potensial pada titik P1 yang disebabkan arus dari elektroda C1 dan C2 berdasarkan persamaan V = atau (2.4) Maka V1 = dan V2 = - (2.5)
37
V1 + V2 = ( ) (2.6)
Potensial yang timbul di titik P2 sama halnya dengan potensial di titik P1 sehingga besarnya beda potensial P1 dan P2 akibat injeksi arus C1 dan C2 adalah:
(2.7) Sehingga
{
} (2.8)
Atau dapat ditulis:
(2.9) { }
Dari besarnya arus dan beda potensial yang terukur, maka nilai resisitivitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
(2.10) Dimana:
= Tahanan jenis batuan (Ohm.m)
K= Faktor geometri (m)
ΔV = Beda Potensial (Volt) I = Arus Listrik (Ampere)
Metode pendekatan yang paling sederhana dalam mempelajari secara teoritis tentang aliran arus listrik di dalam bumi dianggap homogen isotropis. Jika sebuah elektroda dialiri arus listrik diinjeksikan pada permukaan bumi yang homogen isotropis, maka akan terjadi aliran arus listrik yang menyebar dalam tanah secara radial dan apabila udara di atasnya memiliki konduktivitas nol, maka garis potensialnya akan berbentuk setengah bola dapat dilihat pada gambar 2.6.
38
Gambar 2.9 Pola aliran arus dan bidang ekipotensial antara dua elektroda arus dengan polaritas berlawanan (Bahri, 2005) Aliran arus yang keluar dari titik sumber membentuk medan potensial dengan kontur ekipotensial berbentuk permukaan setengah bola di bawah permukaan. Dalam hal ini, arus mengalir melalui permukaan setengah bola maka arus yang mengalir melewati permukaan tersebut. Susunan keempat elektroda tersebut merupakan susunan elektroda yang biasanya dalam metode geolistrik resistivitas. Pada konfigurasi ini garis-garis aliran arus dan ekipotensial diubah oleh dekatnya kedua elektroda arus.
Pengukuran resistivitas dilakukan terhadap permukaan bumi yang dianggap sebagai suatu medium yang homogen isotropis. Pada kenyataannya, bumi tersusun atas komposisi batuan yang bersifat heterogen baik ke arah vertikal maupun horisontal. Akibatnya objek batuan yang tidak homogen dan beragam akan memberikan harga resistivitas yang beragam pula. Sehingga resistivitas yang diukur adalah resistivitas semu. Harga resistivitas semu ini tergantung pada tahanan jenis lapisan–lapisan pembentuk formasi dan konfigurasi elektroda yang digunakan Beberapa hal yang mempengaruhi nilai resistivitas semu adalah sebagai berikut :
1. Ukuran butir penyusun batuan, semakin kecil besar butir maka kelolosan arus akan semakin baik, sehingga mereduksi nilai tahanan jenis.
39
2. Komposisi mineral dari batuan, semakin meningkat kandungan mineral clay akan mengakibatkan menurunnya nilai resisivitas.
3. Kandungan air, air tanah atau air permukaan merupakan media yang mereduksi nilai tahanan jenis.
4. Kelarutan garam dalam air di dalam batuan akan mengakibatkan meningkatnya kandungan ion dalam air sehingga berfungsi sebagai konduktor.
5. Kepadatan, semakin padat batuan akan meningkatkan nilai resistivitas. Konfigurasi Wenner-Schlumberger dapat digunakan untuk resistivity
mapping maupun resistivity sounding. Cara pelaksanaan pengukuran untuk
resistivity mapping, jarak spasi elektroda dibuat tetap untuk masing-masing titik amat (titik sounding). Sedang untuk resistivity sounding, jarak spasi elektroda diubah-ubah secara gradual untuk titik amat. Untuk aturan elektroda Wenner-Schlumberger, spasi elektroda arus jauh lebih lebar dari spasi elektroda potensial seperti pada gambar berikut :
Gambar 2.10 Susunan elektroda Konfigurasi Wenner-Schlumberger (Loke, 2004)
dimana,
r1 = jarak dari titik P1 ke sumber arus positif (na) r2 = jarak dari titik P1 ke sumber arus negatif (a + na) r3 = jarak dari titik P2 ke sumber arus positif (na + a) r4 = jarak dari titik P2 ke sumber arus negatif (na)
40
Dengan menggunakan persamaan (2.8) dan (2.9) maka akan menghasilkan persamaan faktor geometri (K) dan resistivitas semu ( s ) untuk konfigurasi Wenner-Schlumberger yaitu : ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( ) (2.11) (2.12) (2.13) (2.14) (2.15) (2.16) (2.17) (2.18) (2.19) (2.20) Dimana, n = Datum level a = Spasi elektroda (m) K= Faktor geometri (m)
Batuan mempunyai sifat-sifat kelistrikan karena batuan merupakan suatu jenis materi. Sifat kelistrikan batuan adalah karakteristik dari batuan bila dialirkan arus listrik ke dalamnya. Arus listrik ini dapat berasal dari alam itu sendiri akibat terjadinya ketidakseimbangan atau arus listrik yang sengaja dimasukkan ke
41
dalamnya. Dalam hal ini akan dipelajari tentang potensial listrik alam dari batuan, konduktivitas batuan dan konstanta dielektrik batuan. Dalam metode ini, resistivitas yang terukur (apparent resistivity) bukan resistivitas sebenarnya dan tergantung spasi elektrodanya. Karena ketidakhomogenan bumi dan kenyataan bahwa bumi berlapis-lapis maka lapisan batuan dan masing-masing perlapisan mempunyai harga resistivitas tertentu. Tiap-tiap medium (lapisan batuan) mempunyai sifat kelistrikan berbeda-beda, tergantung dari kandungan logam/non logam, komposisi mineral, kandungan air, permeabilitas, tekstur, suhu dan umur geologi (Hendrajaya, 1990).
Menurut Telford, dkk. (1988), terkait dengan sifat resistivitas listrik, lapisan akuifer merupakan lapisan batuan yang memiliki rentang nilai tahanan jenis 1-108 Ωm. Faktor-faktor yang berpengaruh antara lain: komposisi litologi, kondisi batuan, komposisi mineral yang dikandung, kandungan benda cair. Air alam mengandung zat padat terlarut yang berasal dari mineral dan garam-garam yang terlarut ketika air mengalir di bawah atau di permukaan tanah. Apabila air dicemari oleh limbah yang berasal dari industri pertambangan dan pertanian, kandungan zat padat tersebut akan meningkat.
Nilai resistivitas tanah dipengaruhi oleh berbagai parameter geologi seperti kandungan mineral dan fluida (cairan), porositas dan derajat tingkat kejenuhan air pada batuan. Penelitian geolistrik resistivitas telah digunakan dalam penyelidikan hidrogeologi, pertambangan dan geoteknik. Berdasarkan pada tujuan penyelidikan metode geolistrik resistivitas dapat dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu Mapping dan Sounding.
1. Mapping
Tujuan mapping adalah untuk mengetahui variasi resistivitas secara lateral. Oleh karena itu teknik mapping dilakukan menggunakan konfigurasi elektroda
42
tertentu dengan jarak elektroda tetap. Seluruh susunan elektroda dipindahkan mengikuti suatu lintasan. Berdasarkan hal tersebut teknik mapping dikenal pula sebagai constant separation treversing (CST) atau treversing dan kadang–kadang disebut pula sebagai teknik profiling. Konfigurasi elektroda yang digunakan adalah konfigurasi Wenner.
2. Sounding
Istilah sounding diambil dari vertical elektrical sounding (VES) yaitu teknik pengukuran geolistrik yang bertujuan untuk memperkirakan variasi resistivitas sebagai fungsi dari kedalaman pada suatu titik pengukuran. Jarak elektroda sebanding dengan kedalaman lapisan batuan yang terdeteksi. Konfigurasi elektroda yang digunakan umumnya adalah konfigurasi Schlumberger. Metode resistivity merupakan salah satu metode pengukuran geofisika yang menitikberatkan pada potensial listrik dari berbagai tahanan jenis batuan di bawah permukaan bumi (Ambarsari, 2013).
BAB III