Resistivitas merupakan salah satu variabel sifat fisis yang sangat penting. Beberapa mineral seperti logam mulia dan grafit menghantarkan listrik melalui elektron. Kebanyakan batuan pembentuk mineral merupakan isolator, dimana arus listrik dibawa melalui batuan terutama oleh ion dalam air pori. Dengan demikian, kebanyakan batuan menghantarkan listrik melalui proses elektrolitik bukan dari proses elektronik. Oleh karena itu porositas merupakan pengontrol utama dari resitivitas batuan, dan secara umum resistivitas meningkat dengan berkurangnya porositas. Bahkan batu kristal dengan porositas intergranular diabaikan karena konduktif sepanjang retakan dan rekahan. Rentang nilai resistivitas ditunjukkan pada Gambar 1. Dapat terlihat adanya tumpang tindih antara jenis batuan yang berbeda dan akibatnya identifikasi jenis batuan ini tidak mungkin hanya berdasarkan data resistivitas.
Gambar 1. Aproksimasi rentang nilai resistivitas dari beberapa jenis batuan.
Resitivitas bulk formasi dalam sistem hidrologi akan menjadi fungsi dari resistivitas matriks batuan dan resistivitas fluida tersaturasi. Dalam batuan berpori yang bersih (tidak ada lempung dan tidak ada matriks
konduktansi), resistivitas batuan akan dipengaruhi oleh resistivitas fluida (fluida tersaturasi). Hubungan empiris antara resistivitas bulk ( r ), porositas (j ), saturasi fluida (Sw) dan resistivitas fluida (rw) dinyatakan
sebagai berikut (Hukum Archie): 1. r ar fw nSwm
- -=
dimana a dan n adalah konstanta (masing-masing bernilai sekitar 0.6 – 1.6 dan 2) yang terkait dengan karakteristik porositas. Pada saturasi lebih besar dari 25%, m n@ . Pengukuran r dan rw secara praktis telah
dilakukan di laboratorium sehingga rasio r r/ w (biasanya disebut sebagai
faktor pembentukan – F). Batuan pasir yang bersih dengan porositas 10% akan memiliki nilai F @100(misal: resistivitas formasi batuan yang terukur akan 100 kali lebih besar dari resistivitas fluida pori).
Demikian juga, resistivitas bulk batuan dengan mineral konduktif dalam matriks dapat dinyatakan dalam bagian dari resistivitas matriks (rm)
dimana faktor pembentuk matriks mendekati 1 untuk nilai porositas yang kecil (Hochstein, 1982).
resistivitas air berdasarkan resistivitas bulk dan porositas terukur, jarang lebih besar dari 10 ohm.m, bahkan ketika air pori memiliki nilai resistivitas yang lebih besar.
Caldwell dkk. (1986) menghasilkan modifikasi persamaan Archie yang mencakup komponen konduksi dari mineral tanah lempung dalam matriks:
4. r =ar fw -nSw-m(1+KCrw)-1
dimana Sw adalah perbandingan saturasi air dalam pori, C merupakan
perbandingan mineral lempung dalam matriks, dan K adalah konstanta yang sesuai dengan jenis mineral lempung. Karena konduksi dalam elektrolit adalah oleh proses ionik, resistivitas elektrolit secara langsung berhubungan dengan viskositas yang menurun terhadap temperatur. Hal in berbeda dengan mekanisme konduksi dimana resistivitas meningkat terhadap temperatur. Akibatnya bahan ionik dan semi-konduktor keduanya memiliki ketergantungan yang eksponensial berlawanan terhadap resistivitas dengan temperatur dalam bentuk:
5. 0 /
RT ee r =r
dimana e merupakan energi aktivasi (umumnya sekitar 0.2 eV pada air dan untuk batuan tersaturasi, bervariasi dengan derajat alterasi), R adalah konstanta Boltzman (0.8617 × 10-4 eV/°K), T merupakan temperatur (°K) dan r0 adalah resistivitas pada temperatur yang tidak terbatas secara teoritis.
garam bikarbonat dan peningkatan suhu serta densitas fluida (Nesbitt, 1993).
Resistivitas tanah merupakan faktor utama yang mempengaruhi laju korosi. Secara umum, resistivitas tanah menurun, korositas meningkat. Karena aliran arus ionik dikaitkan dengan reaksi tanah korosi, resisitivitas tanah yang tinggi akan memperlambat reaksi korosi. Resistivitas tanah umumnya menurun dengan meningkatnya kadar air dan konsentrasi jenis ionik. Resistivitas tanah bukan satu-satunya parameter yang mempengauhi resiko kerusakan korosi. Tanah dengan nilai resistivitas tinggi saja tidak menjamin tidak adanya korosi yang serius.
P
METODE GEOLISTRIK RESISTIVITAS
Metode geolistrik resistivitas merupakan salah satu metode geofisika yang dapat memberikan gambaran susunan dan kedalaman lapisan batuan, dengan mengukur sifat kelistrikan batuan [Priyanto 1989 dalam Kalmiawan et al, 2000].
Dalam pendugaan resistivitas kita menggunakan asumsi bahwa:
1. Di bawah permukaan bumi, terdiri dari lapisan-lapisan dengan ketebalan tertentu kecuali lapisan terbawah memiliki ketebalan yang tidak berhingga.
2. Bidang batas antar lapisan merupakan bidang yang horizontal.
3. Setiap lapisan bersifat homogen isotropis. Yang dimaksud dengan homogen isotropis adalah apabila arus kontinu yang mengalir serba sama di semua tempat dan yang sifatnya terhadap arus listrik serba sama di semua arah. Sehingga nilai resistivitas pada lapisan tersebut serba sama di semua arah.
Seperti halnya dalam kawat penghantar, maka untuk model bumi berlaku pula hukum Ohm, dimana
⃗
J
=
σ
⃗
E
(1)Besaran skalar dari medan listrik
⃗
E
yaitu potensial listrik V, dapat dinyatakan sebagai negatif dari gradien potensial, yaitu:⃗
E
=−⃗∇
V
(2)sehingga persamaan (1) dapat dituliskan sebagai
⃗
J
=−
σ
⋅⃗∇
V
(3)Karena arus mengalir pada medium yang bersifat homogen isotropis, maka hukum kekekalan muatan secara matematis dapat ditulis:
⃗∇⋅⃗J=−∂q
∂t (4)
dimana q adalah rapat muatan (C/m3). Persamaan (4) disebut juga persamaan kontinuitas, apabila muatan dianggap tetap, berarti tidak ada arus listrik yang masuk, maka persamaan (4) menjadi:
⃗∇⋅⃗
J
=
0
(5)Dengan mensubtitusikan persamaan (3) dengan (2.7) maka diperoleh persamaan:
⃗∇
σ
⋅⃗∇
V
+
σ
∇
2V
=
0
(6)Apabila medium bersifat homogen isotropis (tidak bergantung pada sistem koordinat), dengan
⃗∇⋅
σ
=
0
maka potensial skalar V memenuhi persamaan Laplace yang menyatakan distribusi potensial arus searah:∇2V=0 (7)
Jika suatu sumber arus tunggal dialirkan di atas permukaan medium yang bersifat homogen isotropis melalui sebuah elektroda (Gambar 2), maka besarnya potensial dapat ditentukan melalui persamaan (7).
Gambar 2. Arus tunggal di permukaan medium homogen isotropis [Telford. W. M,1976]
1
bergantung terhadap jarak dari sumber. Persamaan (8) menjadi:1
Persamaan (9) kemudian diintegrasi sehingga memberikan solusi
r2∂V
∂r=c (10)
setelah diintegrasi maka persamaan diatas menjadi
V=−c2 ekuipotensialnya berupa permukaan bola dengan aliran arus dan medan listriknya berarah radial. Oleh karena harga konduktivitas udara sama dengan 0, maka persamaan ekuipotensial di dalam bumi merupakan setengah bola.
Berdasarkan persamaan (3) maka rapat arus pada jarak r dari sumber dinyatakan dengan:
Dengan mensubtitusikan persamaan (10) dengan persamaan (13) maka diperoleh
⃗
J=−1
ρ c2
r2 (14)
Gambar 3. Konfigurasi elektroda arus dan potensial.
Karena elektroda pada saat melakukan pengukuran disusun sedemikian rupa, maka harus dilakukan perhitungan terhadap konfigurasi elektroda. Suatu besaran yang berfungsi sebagai faktor untuk mengkoreksi berbagai konfigurasi elektroda disebut sebagai faktor geometri. Faktor geometri yang diturunkan untuk konfigurasi elektroda seperti Gambar 4 di bawah ini
Gambar 4. Konfigurasi elektroda untuk faktor geometri [Reynolds,1997]
Sehingga resistivitas semu medium yang terukur dihitung berdasarkan persamaan [van Norstand et al, 1966; Reynolds 1997; Telford et al, 1990]:
ρa=K ΔV sebenarnya diperlukan proses perhitungan secara inversi maupun forward dengan menggunakan bantuan komputer.
KONFIGURASI WENNER
Konfigurasi Wenner biasa digunakan untuk pendugaan bawah permukaan bumi secara horizontal. Konfigurasi ini memiliki jarak yang sama antar elektroda. (Gambar 5)
Gambar 5. Konfigurasi elektroda Wenner.
K=2π na (21)
P
Pengukuran metode geolistrik resistivitas akan dilakukan dengan menggunakan teknik sounding (dengan konfigurasi Wenner) untuk mendapatkan gambaran nilai resistivitas sampai dengan kedalaman hingga 1.5 – 2 meter. Jumlah titik pengukuran yaitu sebanyak 42 titik sounding dengan spasi antar titik sounding sejauh ~ 1 km.
Kegiatan survey di lapangan dalam penyelidikan ini dapat diuraikan menjadi beberapa tahapan, yaitu tahap akuisisi data geolistrik resistivitas (1D), pengolahan data, dan diakhiri dengan tahap interpretasi. Peralatan yang diperlukan dan prosedur kegiatan untuk masing-masing tahapan, secara rinci akan dijelaskan sebagai berikut:
A. PERALATAN
Peralatan lapangan yang digunakan dalam pelaksanaan kegiatan penyelidikan ini terdiri atas:
1. Satu set resistivitimeter single-channel Naniura, yang terdiri dari : a. 1 main unit
b. 2 elektrode arus c. 2 elektrode potensial d. 1 gulung kabel arus e. 1 gulung kabel potensial
f. 1 buah accu, digunakan untuk sumber arus pada pengukuran geolistrik.
2. Satu buah charger accu, digunakan untuk melakukan pengisian accu.
3. Palu, digunakan menancapkan elektrode.
4. Dua buah meteran tali, digunakan untuk mengukur interval elektrode. 5. Empat buah HT, digunakan untuk berkomunikasi di lapangan.
6. Satu buah laptop, digunakan untuk menyimpan data penyelidikan, sekaligus untuk pengolahan data dan penyusunan laporan.
B. TAHAP AKUISISI DATA
Prosedur kegiatan pada tahap pengukuran geolistrik resistivitas (1D) meliputi aktivitas sebagai berikut :
1. Mempersiapkan peralatan. Peralatan yang digunakan adalah satu set resistivitimeter single channel Naniura.
Gambar 6. Satu set resistivitimeter single channel Naniura.
2. Menentukan titik pengukuran geolistrik.
3. Pengambilan data. Tahapan pengambilan data ini dapat diuraikan lagi menjadi beberapa langkah, yaitu :
Menancapkan 4 elektroda yang terdiri dari 2 elektroda potensial dan dua elektroda arus.
Membentangkan kabel dan menyambungkannya pada masing– masing elektroda, kemudian menghubungkannya ke main unit.
Menyalakan alat pada posisi ON kemudian pastikan indikator arus accu dalam posisi aktif serta indikator potensialnya berada pada posisi / daerah merah.
Sebelum arus diinjeksikan, harus dilakukan penghilangan nilai potensial diri (self potensial), dengan cara memutar tombol Course untuk nilai yang besar dan apabila telah mendekati nilai NOL gunakan tombol Fine, sehingga nilai potensialnya berada pada posisi NOL.
Setelah itu tekan tombol START selama beberapa detik kemudian baca nilai potensial yang stabilnya lalu tekan HOLD, kemudian baca nilai arusnya.
Mencatat nilai potensial dan arusnya tersebut.
Melakukan langkah-langkah diatas berulang-ulang untuk setiap jarak bentangan yang berbeda.
P
Beberapa tahapan dalam pengolahan data geolistrik dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Data yang diperoleh di lapangan berupa jarak bentangan, arus, potensial, dan resistivitas semu.
2. Data tersebut kemudian disusun sesuai dengan format inputan sebagai bahan proses pengolahan selanjutnya .
3. Untuk menentukan nilai resistivitas sebenarnya (true resistivity) terhadap kedalaman dilakukan proses inversi 1-D dengan menggunakan perangkat lunak.
4. Membuat korelasi nilai resistivitas antara titik sounding satu dengan titik sounding lainnya (bila diperlukan).
Gambar 7. Contoh kurva resistivitas terhadap kedalaman hasil inversi 1-D.
Gambar 8. Contoh hasil interpretasi pengukuran geolistrik hasil inversi untuk satu sounding.
Rincian usulan anggaran biaya untuk pelaksanaan survey geolistrik dijelaskan pada tabel berikut:
Jadwal tentatif pelaksanaan survey geolistrik
P
Tim:
Wahyu Srigutomo, Ph.D
Prihandhanu Mukti Pratomo, M.Si Anggie Susilawati, M.Si
Rocky Martakusumah, S.Si Angga Bakti Pratama, S.Si Bayu Sulistyo Hadi, Amd
P
Demikianlah proposal teknis ini kami susun, semoga dapat menjadi dasar kerjasama yang baik untuk kedua belah pihak.
Bandung, 14 Juni 2012
Wahyu Srigutomo, Ph.D
![Gambar 2. Arus tunggal di permukaan medium homogen isotropis[Telford. W. M,1976]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/3922943.1866443/7.595.83.512.476.674/gambar-arus-tunggal-permukaan-medium-homogen-isotropis-telford.webp)
![Gambar 4. Konfigurasi elektroda untuk faktor geometri [Reynolds,1997]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/3922943.1866443/10.595.109.501.426.559/gambar-konfigurasi-elektroda-untuk-faktor-geometri-reynolds.webp)
