II. TINJAUAN PUSTAKA

(1)

2.1 Harga Tahanan Jenis

Teori yang mendasari metode tahanan jenis atau metode geolistrik adalah hukum Ohm[7] yang mempunyai persamaan :

R V

I= (2.1)

Dengan V menyatakan tegangan (volt), I menyatakan arus (ampere) dan R menyatakan resistansi atau hambatan yang mempunyai satuan ohm.

Arus listrik yang mengalir dalam lintasan yang tertutup dipengaruhi oleh besar tegangannya. Hubungan antara rapat arus dan intensitas medan listrik dalam suatu medium adalah berbanding lurus dan secara matematis dapat dinyatakan[8]:

J

=

E

σ

v

(2.2) dengan :

1 σ

ρ

=

= konduktivitas

1 m









Ω





E

v

= vektor medan listrik atau gradien potenaial listrik (Volt/m)

J

r

= vektor rapat arus (ampere/m2₎

Nilai resistivitas suatu medium dapat dituliskan sebagai :

L A R σ 1 ρ= = (2.3)

Dengan R menyatakan resistansi (Ω), A luas penampang (m2), L menyatakan panjang (m), dan ρ menyatakan resistivitas (Ωm) dari material yang akan diukur.

2.2

Metode Geolistrik Tahanan Jenis

Geolistrik adalah metoda geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik dalam bumi dan bagaimana mendeteksinya di permukaan bumi. Metode geolistrik merupakan

(2)

salah satu metode dalam geofisika yang digunakan untuk penyelidikan bawah permukaan bumi dengan cara memanfaatkan sifat kelistrikan batuan[9]. Metode geolistrik tahanan jenis ini merupakan metode yang paling sering digunakan karena sifatnya yang tidak merusak medium. Pada prinsipnya metode ini adalah mengalirkan arus listrik ke dalam medium tanah maka akan diperoleh beda potensial di bawah permukaan medium yang mengandung informasi mengenai resistivitas dari medium tersebut. Metode ini menggunakan dua elektroda yang digunakan untuk mengalirkan arus ke dalam bumi dan dua elektroda yang digunakan untuk mengukur beda potensial yang ditimbulkan oleh aliran elektroda arus.

Dalam rangkaian listrik sederhana yang diberikan arus maka nilai tegangan akan terukur dan nilai resistansinya dapat dihitung menggunakan hukum Ohm[7]_. Sama halnya dengan jika arus listrik diinjeksikan ke dalam suatu medium dan mengukur tegangannya maka nilai resistansi dari medium tersebut dapat diperkirakan. Pola arus listrik yang dipancarkan oleh elektroda arus tunggal di permukaan medium setengah tak berhingga (Gambar 2.1), berlaku hukum Ohm[10].

Gambar 2.1 Sumber arus tunggal C1 dalam medium homogen seluruh ruang (whole space),

sementara pasangan sumber arus C2 dianggap terletak di tak hingga

2

J

2 I

I

E

A

r

ρ

π

=

ur

v

(2.4) dr 1 C

D

ρ

1

P

Permukaan equipotensial Aliran arus

(3)

dengan

dV

E=-dr

v

atau

dV

= −

E dr

ur

(2.5)

Sehingga potensial di suatu titik sejauh r dari pusat arus adalah:

2 0

2

r

I

V

dV

dr

r

ρ

π

=

_∫

= −

_∫

=

(2.6)

Gambar 2.2 Bentuk umum konfigurasi empat elektroda pengukuran resistivitas yang terdiri

dari sepasang elektroda arus (C1,C2) dan sepasang elektroda potensial

(P1,P2)[7]

Pada pengukuran geolistrik di lapangan, arus yang besarnya telah diketahui diinjeksikan ke dalam tanah, yaitu melalui sepasang elektroda (C1, C2) kemudian selisih potensialnya dapat diukur melalui elektroda potensial (P1, P2). Aliran listrik dari C1 dan C2 menyebar pada batuan melalui tiga cara yaitu: secara elektronik (ohmik), secara elektrolit (ionik) dan secara dielektrik (pergeseran listrik)[6]. Pemasangan elektroda arus dan potensial diusahakan berada dalam satu garis lurus seperti terlihat pada Gambar 2.2[7].

Besarnya potensial yang terukur pada elektroda

P

1 akibat arus pada elektroda

C

1 dan

C

2 adalah :













− = 2 r 1 1 r 1 2π I ρ P1 V (2.7)

(4)

Sedangkan potensial yang terukur pada elektroda

P

2 akibat arus pada elektroda 1

C

dan

C

₂ adalah :













− = 4 r 1 3 r 1 2π I ρ P2 V (2.8)

Dengan demikian, beda potensial yang terukur oleh voltmeter antara elektroda P1 dan P2 adalah:





































− − − = ∆ 4 r 1 3 r 1 2 r 1 1 r 1 2π I ρ V (2.9)

Persamaan 2.9 dapat langsung diketahui pada alat, namun untuk tahanan jenis batuan perlu dihitung, sehingga:





































− − − ∆ = 4 r 1 3 r 1 2 r 1 1 r 1 1 I V 2π ρ (2.10)

Nilai tahanan jenis batuan yang dihitung menggunakan persamaan 2.10 bukanlah nilai resistivitas batuan yang sebenarnya tetapi resistivitas semu (apparent resistivity) yang nilainya tergantung dari jarak elektroda dan heterogenitas medium batuan dalam kerak bumi dan beberapa parameter seperti kandungan logam, non logam, komposisi mineral, bentuk tekstur, kandungan air, temperatur, permeabilitas medium dan umur geologinya[7]_{. Perbedaan resistivitas} akan terlihat jelas pada penentuan kedalaman lapisan batuan yang mempunyai nilai resistivitas berbeda-beda. Pengukuran resistivitas dilakukan terhadap permukaan bumi yang dianggap sebagai suatu medium yang homogen isotropis. Pada kenyataanya, bumi tersusun atas komposisi batuan yang bersifat heterogen baik ke arah vertikal maupun secara horizontal. Ketidakhomogenan bumi ini

(5)

menunjukan kenyataan bahwa lapisan batuan dan masing-masing perlapisan mempunyai harga resistivitas tertentu[11].

2. 3 Konfigurasi Geolistrik Tahanan Jenis

Metode geolistrik terdapat beberapa konfigurasi yang digunakan dalam pengukuran. Konfigurasi Wenner merupakan salah satu konfigurasi yang dapat memberikan gambaran dua dimensi di bawah permukaan bumi[12]. Diambil dari nama Frank Wenner yang mempelopori penggunaanya di Amerika Serikat[7]. Pada konfigurasi Wenner jarak antara keempat elektroda harus sama, yaitu a sebagaimana pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Susunan elektroda konfigurasi Wenner

Dua buah elektroda potensial (P1 dan P2) dihubungkan dengan peralatan Resistivitymeter yang berfungsi mengukur beda potensial yang terjadi di permukaan bumi. Beda potensial yang terukur (∆V) akibat adanya perbedaan nilai resistivitas medium batuan bawah permukaan dapat digunakan untuk menghitung nilai resistivitas semu dari medium batuan (ρa) dengan persamaan[13].

(6)





































− − − ∆ = 4 r 1 3 r 1 2 r 1 1 r 1 1 I V 2π ρ (2.11) I ∆V K a ρ = (2.12)

Sehingga persamaan untuk menentukan nilai K (faktor geometri dari konfigurasi elektroda) dapat diketahui yaitu:

























− − − = 4 r 1 3 r 1 2 r 1 1 r 1 2π K (2.13)

r1 adalah jarak C1PI dan r4 adalah jarak P2C2 yang besarnya sama yaitu a. Sedangkan r2 adalah jarak P1C2 dan r3 adalah jarak C1P2 yang nilainya sama yaitu 2a. Sehingga faktor geometri konfigurasi Wenner dapat dirumuskan dengan persamaan:

a 2π

K= (2.14)

Nilai tahanan jenis semu diperoleh dengan menggunakan persamaan:

I ∆V a 2π a ρ = (2.15)

Dengan a adalah jarak spasi elektroda, ∆V adalah beda potensial yang terukur dan I adalah kuat arus listrik yang diinjeksikan.

2.4 Hubungan Antara Batuan dan Resistivitas

Metode resistivitas memberikan gambaran distribusi resistivitas permukaan. Material geologi mempunyai nilai resistivitas yang berbeda, sehingga terdapat keterkaitan antara pengukuran arus dan tegangan dengan perhitungan nilai resistivitasnya untuk menentukan jenis materialnya[15]. Untuk mengubah gambaran resistivitas menjadi gambaran geologi, diperlukan pengetahuan nilai

(7)

resistivitas untuk tipe material di permukaan dan informasi geologi daerah survei. Resistivitas atau tahanan jenis batuan tergantung pada tingkat pecahan batuan (fracture) dan prosentase pecahan yang terisi air. Batuan yang berlubang (porous) dan mempunyai kandungan air lebih tinggi mempunyai nilai tahanan jenis yang lebih rendah. Pasir basah dan airtanah mempunyai nilai resistivitas yang lebih rendah lagi. Tanah lempung mempunyai nilai resistivitas yang lebih rendah daripada tanah berpasir. Nilai resistivitas batuan dan tanah tergantung pada sejumlah faktor seperti porositas, tingkat kandungan air (water saturation) dan konsentrasi garam terlarut [7,13].

2.5 Akuifer dan Cekungan Airtanah

Air tanah (groundwater) adalah air yang bergerak dalam tanah yang terdapat di dalam ruang-ruang antara butir-butir tanah yang membentuk itu dan di dalam retak-retak dari batuan[15]. Airtanah merupakan sumberdaya alam yang jumlahnya sangat terbatas, sehingga kerusakannya mengakibatkan dampak negatif yang besar. Medium batuan yang dapat dialiri oleh airtanah umumnya berupa lapisan batuan yang porositasnya tinggi dan bersifat permeabel. Lapisan batuan ini disebut akuifer, yang tersusun dari batupasir, kerikil, batugamping rekahan atau material lain yang mudah ditembus oleh airtanah. Sebaran akuifer di dalam sistem hidrogeologi suatu daerah dikontrol oleh beberapa faktor, yaitu litologi, stratigrafi dan struktur endapan-endapan geologi (aluvium)[16]. Sedangkan berdasarkan pengamatan di lapangan, akuifer airtanah sering dijumpai dalam suatu lahan atau cekungan airtanah, sebagai berikut[16]_:

a. Lintasan air (water course), dimana materialnya terdiri dari endapan aluvium di sepanjang alur sungai dalam bentuk lahan dataran banjir serta tanggul alam. Aluvium biasanya tersusun dari pasir dan kerikil.

(8)

b. Cekungan yang terkubur (burried valley), yang tersusun dari material-material lepas berupa pasir halus hingga kasar yang mudah ditempati airtanah sehingga membentuk cekungan airtanah.

c. Cekungan antar pegunungan (intermontane valley), yaitu cekungan yang berada di antara dua pegunungan, dimana materialnya berasal dari erosi dan gerakan massa batuan dari pegunungan di sekitarnya, sehingga membentuk cekungan airtanah.

d. Batugamping (limestone), dimana airtanah terperangkap dalam retakan atau diaklas-diaklas. Porositas batugamping ini bersifat sekunder.

Lapisan atau formasi batuan disebut akuifer jika air yang dikandungnya, secara ekonomi dapat dikembangkan dan cukup untuk memenuhi kebutuhan manusia, termasuk irigasi[16]. Berikut adalah beberapa istilah terkait akuifer yang digunakan untuk menamakan karakteristik suatu formasi batuan:

a. Akuifer (Aquifer) adalah formasi batuan yang mengandung air yang secara signifikan dapat ditembus atau dilalui oleh aliran air secara alamiah. Batasan lain yang sering digunakan adalah reservoir airtanah, cekungan airtanah, atau lapisan batuan pembawa air.

b. Aquiclude adalah formasi batuan yang mungkin mengandung air, tetapi dalam kondisi alami tidak dapat dialiri atau ditembus oleh air, misalnya lapisan batu lempung. Untuk keperluan praktis, aquiclude dapat dipandang sebagai lapisan kedap air dan menjadi alas bagi lapisan akuifer.

c. Aquitard adalah formasi batuan yang semikedap, dapat dialiri atau ditembus oleh air namun lajunya yang sangat lambat jika dibandingkan dengan akuifer. Dalam istilah hidrogeologi, aquiclude ini dikenal dengan nama formasi semi kedap atau leaky aquifer.

d. Aquifuge merupakan formasi batuan kedap yang tidak mengandung dan tidak dapat dialiri atau ditembus oleh air.

(9)

Klasifikasi jenis akuifer airtanah dibagi menjadi empat, yaitu: akuifer bebas, akuifer semi bebas, akuifer tertekan dan akuifer semi tertekan[16]. Namun secara teknis, jenis akuifer airtanah hanya dibedakan menjadi dua seperti yang disajikan pada Gambar 2.5, yaitu:

a. Akuifer bebas (unconfined aquifer) adalah lapisan akuifer airtanah yang hanya terisi sebagian oleh air dan terletak di atas lapisan yang kedap air. Permukaan air pada akuifer ini mempunyai tekanan hidrostatik sama dengan udara luar.

b. Akuifer tertekan (confined aquifer) adalah lapisan akuifer airtanah jenuh yang seluruh volumenya dikelilingi lapisan kedap air, baik di bagian atas maupun di bawahnya, sehingga mempunyai tekanan lebih besar dari tekanan udara luar.

Gambar 2.4 Model lapisan akuifer tertekan dan akuifer bebas[16]

Airtanah dapat terbentuk dari area pengisian (recharge) pada saat hujan turun. Airtanah memerlukan waktu harian, mingguan, bulanan, tahunan, puluhan tahun, ratusan tahun, bahkan ribuan tahun untuk tinggal di dalam akuifer atau cekungan airtanah, sebelum muncul kembali di zona luah (discharge) secara alami. Kemunculan air ke permukaan tergantung dari kedudukan zona jenuh air, topografi, kondisi iklim dan keadaan geologi. Oleh karena itu, jika dibandingkan

(10)

dalam kerangka waktu umur manusia, maka airtanah sesungguhnya adalah salah satu sumber daya alam yang tidak terbarukan.

2.6 Keadaan Geologi Desa Sambengwetan

Menurut kondisi geologinya daerah Desa Sambengwetan merupakan satuan batuan aluvium (Qa) yang merupakan satuan batuan termuda yang pembentukannya masih berlangsung terus menerus hingga saat ini, dan berasal dari rombakan batuan yang lebih tua. Satuan batuan ini terdiri atas kerikil, pasir, lanau, dan lempung yang merupakan endapan sungai[17]. Dataran aluvium merupakan dataran yang terbentuk akibat proses-proses geomorfologi yang lebih didominasi oleh tenaga eksogen antara lain: iklim, curah hujan, angin, jenis batuan, topografi, suhu, yang semuanya akan mempercepat proses pelapukan dan erosi. Potensi air tanah di daerah aluvium ditentukan oleh jenis dan tekstur batuan penyusunnya.