PEMETAAN PERMUKAAN BAWAH TANAH DI TAMAN PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS NEGERI MALANG DENGAN METODE GEOLISTRIK POTENSIAL
DIRI
Ferum Mahendra Pranita, Markus Diantoro, Burhan Indriawan Universitas Negeri Malang
Email: ferum.mahendra@gmail.com
Abstract: Self potential (SP) method is needed to determine the water injection flow under the soil surface. Self potential method is appropriate to use in mapping the distribution of fluid flow anomalies. Several self potential research applications have been done in some areas. In this research, it is explained the research materials and procedure. Thefirstis measuring instrumnets which is a Potential DVM (digital Voltmeter), 4 pieces of porous pot electrode, copper sulfida solution, roll meter, cable-roll, and table form of mapping the data, and also communication tools if needed. The second step was design the large of the overlay topograpic map which will be surveyed and the geology map of the surveyed area.It also determines the measuring tracks in the surveyed extent which will be used later for the reference to divide the measuring grid. The third was calibrating each of the pair of porous pot electrode. The fourth step was to collect the data.Theresearch which has been done in the library garden of State Univerity of Malang in East Java is obtained the data of the scale tension value in the mV unit. This data, then was interpolated to be self potential map. The map describes the electical caracteristic of the research area.The collection of the data is done by space gridding 5 meters with all the 165 data. The data has the large 35 x 5 in the left side and in the right side is 30 x 5. The space between porous pot electrode is 5 meters. It is found that the leftside area of the library garden is potential toobtain the water source with the water rate can fulfill the daily needs of the surrounding people. Furthermore, it is possible to get a new water source beside the current exist water source. This new water source shows the caracteristic of the under soil surface.
Kata kunci: potensial diri, porous pot electrode, larutan jenuh CUSO4 PENDAHULUAN
Metode Potensial Diri (Self Potential, SP) merupakan suatu metode survei Geofisika yang dapat dimanfaatkan untuk mengeksplorasi sumberdaya alam bawah permukaan. Metode ini didasarkan pada pengukuran potensial diri massa endapan batuan dalam kerak bumi tanpa harus menginjeksikan aruys listrik ke dalam tanah, seperti metode geolistrik lainnya. Metode Potensial Diri dapat digunakan untuk mendeteksi reservoir panas bumi, mineral logam, air bawah tanah dan sebagainya. Selain itu, metode ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi rembesan limbah cair bawah permukaan dan analisis geokimia (Sehah, 2011).
Potensial diri merupakan tegangan statis alam yang terdapat di permukaan bumi, akibat proses mekanik dan elektrokimia di bawah permukaan. Pada dasarnya potensial diri merupakan tegangan listrik searah (DC) yang terjadi di permukaan bumi yang bervariasi secara lambat.Kemunculan potensial diri terkait dengan pelapukan batuan/mineral, variasi mineral di dalam batuan, aktivitas biolistrik bahan organik, gradien tekanan dan temperatur pada permukaan cairan, serta gejala alam lainnya. Pada proses mekanik dihasilkan potensial difusi (liquid-junction), potensial shale dan potensial mineralisasi (Sehah, 2011). Pada mulanya metode Potensial Diri digunakan untuk menentukan daerah yang
mengandung mineral logam.Selanjutnya metode ini digunakan untuk mencari mineral logam yang terkait dengan sulfida, grafit, dan megnetit.Berdasarkan hal ini, para ahli geofisika mengungkapkan mekanisme potensial diri pada daerah mineral.Mekanisme polarisasi listrik spontan pada daerah mineral dapat dipahami dari teori dikembangkan oleh Sato dan Mooney pada tahun 1960.Mereka mengatakan bahwa di dalam tubuh mineral terjadi reaksi setengah sel elektrokimia, dimana anodanya berada di bawah permukaan air tana.Pada anoda terjadi reaksi oksidasi sehingga anoda merupakan sumber arus sulfida yang berada di bawah tanah.Sulfida mengalami oksidasi dan reduksi yang akibat reaksi H2O
dan O2 di dalam tanah.
Gambar 1. Mekanisme Polarisasi Pada Tubuh Mineral.
Secara teknis prinsip kerja metoda Potensial Diri adalag mengukur tegangan statis alam (natural static voltage) melalui dua buah elektroda yang ditancapkan di permukaan bumi, yang dihubungkan dengan Digital Milivoltmeter.Milivoltmeter ini harus mempunyai impedansi masukan yang besar untuk mengabaikan arus listrik yang berasal dari bumi selama pengukuran. Keunggulan metode Potensial Diri daripada metode geolistrik lain adalah sangat responsif untuk target bawah permukaan yang bersifat konduktif seperti mineral logam dan mineral sulfida, serta dapat diterapkan untuk daerah yang topografinya tidah datar.
Jika sebuah elektroda ditancapkan ke tanah sebagai elektroda potensiak, maka resultan gaya elektrokimia pada bidang kontak antara elektroda dengan tanah air akan membentuk potensial palsu (spurious) meski tidak ada arus yang melaluinya. Potensial palsu ini mempunyai nilai berbeda-beda antara satu tempat dengan tempat yang lain, atau antara satu tempat dengan tempat lain, atau antara satu waktu terhaap waktu yang lain, sehingga sangat sulit membuat faktor koreksinya untuk mereduksi nilai potensial ini.Konsenkuensinya diperlukan yang bersifat non polarisasi, sehingga nilai potensialnya tidak dipengaruhi oleh arus yang melewatinya.Elektroda semacam ini dapat didesain dari logam penghantar yang dicelupkan ke dalam larutan jenuhnya, misalnya logam Cu dalam larutan CuSO4, logam Zn dalam larutan ZnSO4 dan
sebagainya.Logam dan larutan tersebut dikemas dalam sebuah container berbentuk pot berpori (porous pot).Penggunaan pot berpori dimaksudkan agar larutan dapat merembes secara perlahan sehingga membuat kontak dengan tanah.
Metode Potensial Diri yang di desain dengan elektroda pot berpori (porous pot) sangat tepat diterapkan untuk penelitian panas bumi, karena pada umumnya reservoir panas bumi berisi fluida panas yang mengandung mineral-mineral sulfida yang bersifat konduktif.
Metode potensial diri diperlukan untuk mengetahui jalur komunikasi, arah aliran air injeksi di bawah permukaan. Metode
potensial diri sangat tepat untuk digunakan dalam memetakan distribusi anomali yang berhubungan dengan arah dan besaran relatif aliran fluida. Beberapaaplikasi penelitian tentang potensial diri yang telah dilakukan dibeberapa daerah (Ni’matul, 2012).
Eksplorasi panas bumi tidak terlepas dari konsep dasar pola aliran air tanah dengan mempelajari pola aliran fluida.Pola aliran fluida ini dapat digunakan sebagai landasan dalam rangka melihat sifat listrik aliran panas bumi dalam hal ini metode potensial (Self-potentials) (Maulana, 2003: 23).
METODE PENELITIAN
Pelaksanaan penelitian dilaksanakan 6 (enam) hari yaitu dari tanggal 19–29 Mei 2013. Peralatan yang diperlukan dalam penelitian ini, meliputi peralatan Desain instrumen metode Potensial Diri dengan elektroda pot berpori (porous pot) dilakukan pada Taman Perpustakaan UM.
No. Nama Alat Jumlah
Gambar 2. Peta lokasi penelitian; kawasan taman perpustakaan UM Malang (a) Kanan (b) Kiri
Pengambilan data dalam penelitian ini dilakukan dengan mempergunakan digital voltmeter.Konfigurasi elektroda yang dipergunakan adalah konfigurasi elektroda tetap yaitu dengan menjaga satu elektroda tetap di stasiun base atau titik referensi, sedangkan elektroda lainnya bergerak dari satu titik ukur ke titik ukur lainnya menurut Gambar 2.
Pengukuran potensial diri di lapangan meliputi 165 titik yang tersebar pada 11 lintasan dengan luasan 35 x 5 bagian kiri dan 30 x 5 bagian kanan, jarak antar elektroda porous 5 meter.
Peralatan yang dipelukan dalam penelitian ini, meliputi peralatan penelitian yang digunakan di lapangan (Tabel 1).
Tabel 1. Daftar Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian
Pada pelaksanaan penelitian, kegiatan yang dilakukan adalah : kalibrasi alat, pengukuran data di lapangan, pengolahan, dan interpretasi. Secara lengkap uraian kegiatan dalam tahap pelaksanaan adalah sebagai berikut:
A. Kalibrasi Alat
Tujuan kalibrasi alat adalah untuk memperoleh data lapangan yang akurat. Kalibrasi elektroda non polarisasi dilakukan dengan cara menanam kedua elektroda ke tanah dengan jarak yang relatif dekat (10 cm). kemudian nilai potensial diukur dengan hasil yang diperoleh harus < 2 milivolt. Apabila nilai potensial >2 milivolt, maka kedua elektroda pot berpori harus dibersihkan, kemudian diisi kembali dengan larutan CuSO4 dengan konsentrasi
yang sama di antara kedua elektroda tersebut. Hal ini akibat elektroda pot berpori tidak bersih atau larutan bocor (Indriana, 2007).
B. Pengukuran Data Lapangan
Pengukuran data pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan digital milivoltmeter yang memiliki impedansi masukan tinggi untuk mengabaikan arus daribumi selama proses pengukuran. Konfigurasi elektroda yang dipergunakan adalah model konfigurasi elektroda tetap yaitu dengan menjaga satu elektroda tetap di titik referensi, sedangkan elektroda lainnya bergerak setiap interval tertentu sesuai arah lintasan seperti Gambar 3.Keuntungan konfigurasi ini adalah potensial yang terukur selalu kontinyu terhadap titik referensi, sehingga kesalahan nol (zero error) antara kedua elektroda tidak terjadi.Untuk memperoleh peta sebaran iso-potensialdi lokasi penelitian, maka titik pengukuran Potensial Diri diusahakan disebar dalam bentuk grid atau lintasan yang teratur. 1
Elektroda pot berpori, dari kawat tembaga yang dibungkus dalam keramik gerabah dengan ukuran diameter dalam 5 cm dan panjang 10 cm.
13 buah
2 Kabel konektor, panjang 50 cm 13 buah
3 Kabel gulung, panjang 200 m 2 buah
4 Capit buaya 30 buah
5 Kristal (CuSO4) dan 5 kilogram
6 Akuades (H2O) 2 galon
7 Peta Geologi 1set
8 Digital milovoltier (Impedansi tinggi) 2 buah
9 Rol meter, panjang 100 m 1 buah
10 Global Positions System (GPS) 1 buah
11 Laptop atau Personal Computer (PC) 1 unit
12 Software Excel 2003 1 paket
13 Software Surfer versi 8 1 paket
14 Software Matlab for Windows versi 7 1 paket
0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 5 10 15 20
Gambar 3.Metode Pengambilan Data Self Potensial Elektrode Tetap C.Pengolahan Data
Data yang diperoleh dilapangan adalah nilai potensial antara 2 elektroda yang terbaca pada digital voltmeter.Data potensial diri yang diperoleh di lapangan belumlah menunjukkan potensial di tempat itu, karena ada perbedaan harga di satu titik bila diukur secara berulang-ulang pada waktu yang berlainan.Data yang diperoleh dilapangan perlu dikoreksi variasi harian, koreksi topografi dan koreksi gangguan (noise).Data yang didapatkan dari pengukuran dirata-rata dan dikoreksi terhadap pembacaan awal.Dengan menganggap bahwa lintasan daerah pengukuran datar maka koreksi terhadap komponen topografi tidak dilakukan.Karena komponen potensial diri yang disebabkan oleh adanya mineral atau geotermal adalah komponen SPR, maka komponen lainnya harus dipisahkan. Cara pemisahan komponen SPR dari efek-efek lokal atau noise (SPN) dilakukan dengan carasmooting data (penghalusan data). Penghalusan data untuk tiap lintasan dilakukan dengan menggunakan software excel. Hasil dari penghalusan data tersebut merupakan komponen SPR atau data potensial diri terkoreksi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil penelitian self Potential yang telah dilakukan di taman perpustakaan UM Malang Jawa timur diperoleh data berupa nilai besaran tegangan dalam satuan mV. Data tersebut kemudian diinterpolasikan menjadi peta kontur self potential yang menggambarkan sifat kelistrikan daerah penelitian. Data merupakan data sekunder yang diambil pada tanggal 19 mei 2013 sampai 29 mei 2013, dengan teknik griding. Pengambilan data dilakukan dengan spasi griding 5 m dengan jumlah data 165.
Pola kontur yang dihasilkan dari data self-potensial ditampilkan pada Gambar 4 di bawah ini.
Jarak (meter)
Gambar 4Peta Kontur Potensial Diri dari Daerah Penelitian dengan Beberapa Interpretasi (a) Kiri dan (b) Kanan
Interval x
1Lintasan x
Potensial (mV)
a
S
U
B
T
Tenggara
TL
BD
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -140 -100 -60 -20 20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 0 5 10 15 20J
a
r
a
k
(meter)
b
D. Interpretasi
Data potensial diri yang telah terkoreksi dapat diinterpretasikan secara kualitatif dan kuantitatif.Interpretasi kualitatif dilakukan dengan mempergunakan software surfer 11.Hasil keluaran software surfer 11 berupa peta kontur isopotensial.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa dari grafik data terkoreksi lintasan 1 sampai lintasan 11 kanan dan kiri di daerah taman perpustakaan UM, kiri ataslah yang berpotensi untuk memperoleh sumber mata air bawah tanah
dengan kadar air yang cukup untuk menunjang kebutuhan kehidupan sehari-hari masyarakat sekitar. Selain itu juga dapat dmungkinan untuk membuka sumber mata air baru, selain sumber mata air yang telah ada saat ini yang menunjukkan karakteristik bantuan bawah permukaan. Nilai self potensial yang terukur merupakan beda potensial dari hasil selisih tegangan positif yang dikurangkan dengan tegangan negatif hasil polarisasi electron dalam batuan.
A. Interpretasi Kualitatif
Berdasarkan hasil pengukuran potensial diri, diperoleh data-data potensial dengan sebaran seperti terlihat pada Gambar 4.1 dan 4.2 yaitu daerah kiri dan kanan. Data potensial diri tertinggi yang diperoleh di daerah penelitian bagian kiri adalah 500 mV, data terendah adalah -550 mV, dan data rata-ratanya adalah -25 mV. Sedangkan di daerah kanan tertinggi adalah 460 mV, terendah adalah -100 mV, dan rata-ratanya adalah -280 mV. Berdasarkan peta kontur isopotensial yang telah dibuat dapat diinterpretasi bahawa daerah penelitian adalah zona konduktif.Hal ini diindikasikan dengan rendahnya nilai potensial diri yang terukur, yang secara numerik bernilai negatif (Sehah dan Sukmaji Anom Raharjo, 2011).Zona paling negatif ditemukan di kawasan kiri atas atau timur hingga barat daerah penelitian dengan nilai potensial diri mencapai -550 mV.Hal ini mengidikasikan bahwa di zona tersebut kemungkinan terdapat sumber aliran fluida sumber mata air permukaan bawah tanah yang cukup dangkal.Sementara itu, di bagian kiri bawah warna kuning sampai dengan warna merah yaitu daerah penelitian yang nilai elevasinya (nilai ketinggiannya) lebih tinggi memiliki sebaran nilai potensial diri yang relatif lebih positif dari pada bagian tengah warna hijau.Hal ini mengindikasikan atau menunjukkan kemungkinan terjadinya akumulasi (pengumpulan) aliran fluida air di bawah permukaan tanah di Taman Perpustakaan UM adalah dari bagian kiri bawah warna kuning sampai dengan warna merah.Aliran fluida air permukaan bawah tanah dari timur hingga barat warna biru, selain diperkirakan mengikuti perubahan topografi, ternyata juga sesuai dengan perubahan anomali potensial diri.Hal ini sesuai dengan hasil penelitian (Sehah dan Sukmaji, 2011), bahwa semakin kecil anomali potensial diri (bernilai negatif), maka akumulasi aliran air ke lokasi itu relatif semakin besar.
Dapat disimpulkan bahwa dari grafik data terkoreksi lintasan 1 sampai lintasan 11 kanan dan kiri di daerah taman perpustakaan UM, kiri ataslah yang berpotensi untuk memperoleh sumber mata air bawah tanah
dengan kadar air yang cukup untuk menunjang kebutuhan kehidupan sehari-hari masyarakat sekitar. Selain itu juga dapat dmungkinan untuk membuka sumber mata air baru, selain sumber mata air yang telah ada saat ini yang menunjukkan karakteristik bantuan bawah permukaan. Nilai self potensial yang terukur merupakan beda potensial dari hasil selisih tegangan bergerak yang dikurangkan dengan tegangan tetap.
Dengan mengamati pola kontur pada peta yang disajikn pada peta kontur potensial diri daerah kiri terlihat adanya pola menerus dari nilai-nilai data self potensial.Pola kontur dengan warna biru menunjukkan nilai self potensial yang sangat rendah dengan nilai sekitar – 550 mV sampai dengan – 300 mV. Pola menerus ini diinterpretasi sebagai daerah aliran air sungai bawah tanah yang menurus pada kedalaman yang sama, seperti ditunjukkan pada peta kontur potensial diri daerah kiri atas.
Selain daerah bernilai selfpotential tinggi yang ditandai oleh kuning sampai dengan warna merah, ada juga daerah dengan nilai self potensial sekitar -200 mV yang ditandai dengan warna hijau. Daerah ini diinterpretasi sebagai daerah resapan air tanah (ground water)
B. Interpretasi Kuantitatif
Model lempeng dua dimensi digunakan untuk interpretasi data potensial diri (self potential).Metode interpretasi anomali SP model lempeng dikembangkan oleh Sehah dan Sukmaji pada tahun 2011.Dengan melihat data geologi lapangan maka interpretasi SP pada penelitian yang telah dilakukan didasarkan pada teori Sehah dan Sukmaji lempeng dua dimensi dengan asumsi panjang strike-nya panjang penemuannya atau panjang awalnya tak berhingga. Lempeng miring yang tertanam di tanah seperti terlihat pada Gambar 4.3 dianggap sebagai sumber anomali SP, yang terletak pada kedalaman dari ujung atas (h) hingga kedalaman ujung bawah (H) dengan panjang lempeng (2l). Dalam sistem koordinat kartesian, O tepat di ujung batas lempeng, sumbu Y terletak pada arah strike, adapun sumbu Z adalah verikal, sudut kemiringan
lempeng atau dip (θ) diukur searah jarum jam terhadap sumbu X positif. Selanjutnya untuk kasus model lempeng ini nilai potensial diri yang terukur di setiap titik P sepanjang profil yang sejajar dengan sumbu X, dirumuskan dengan Rumus Potensial Diri sebagai berikut.
Vx = M Ln (R12:R22)
(4.1)
Jika R1 dan R2 pada persamaan (4.1) dinyatakan dalam x, maka didapatkan Rumus Potensial Diri:
Vx = M Ln [(x2 + h2) : {(x - a)2 + H2}]
(4.2)
Dimana M = [( I ρ) : (2 π)] dan α = [(H – h) : tan θ]
Dengan I adalah rapat arus persatuan panjang, r adalah resistivitas medium batuan, x adalah jarak titik origin (0,0) ke titik P, h adalah kedalaman atas ujung lempeng, H adalah kedalaman ujung bawah lempeng, dan θ adalah sudut kemiringan lempeng terhadap arah horizontal.
Jika ditentukan x0 adalah ½ jarak dari Vmax ke
Vmin, xs adalah jarak simetris yaitu jarak dari
titik origin ke titik yang mempunyai amplitudo sama tetapi berlainan tanda, xmax adalah jarak
titik origin ke titik yang memiliki nilai potensial maksimum, xmin adalah jarak titik origin ke titik yang mempunyai potensial minimum, sehingga parameter-parameter dari lempeng yang terdiri dari kedalaman atas (h), kedalaman bawah (H), serta kemiringan benda anomali (θ) dapat dihitung dari parameter x0,
xs, xmax, xmin, dengan menggunakan persamaan
H = (|xmax - xmin|) 1/2 (4.3) a = [(xs2 – h2) : (2x0)] (4.4) H = (xs 2 – a2)1/2 (4.5) Θ = tan-1 [ ] (4.6)
Dari uraian di atas, dibuat beberapa garis di atas closure (tertutup) peta kontur yang diduga sebagai sumber anomali, hingga diperoleh beberapa kurva profil potensial diri. Dari data profil yang diperoleh, selanjutnya dihitung kedalaman benda anomaly yang diperkirakan sebagai reservoir sumber mata air berupa lapisan batuan yang berisi fluida air di daerah penelitian menggunakan teori Sehah dan Sukmaji 2011.Jumlah lintasan yang dibuat adalah tiga buah, yaitu lintasan AB, CD, dan EF.Model benda anomali berupa lempeng miring yang dapat diasumsikan sebagai lapisan batuan bawah permukaan yang berisi fluida air.Pemilihan model benda anomali berupa lempeng didasarkan atas hasil interpretasi kualitatif dan keadaan geologi setempat.Letak lintasan pemodelan pada peta kontur isopotensial dapat dilihat pada Gambar 4.4. Perhitungan parameter benda anomali (lempeng miring) dilakukan berdasarkan persamaan 4.1 sampai dengan 4.6 menggunakan software excel. Sedangakan kurva profil lintasan dan hasil perhitungan parameter benda anomali dapat dilihat pada Gambar 4.5 sampai dengan Gambar 4.7.
KESIMPULAN
Dari hasil pengambilan data di taman perpustakaan UM kita dapat mengetahui kontur lingkungan dan anomaly potensial pada daerah
tersebut, sekalipun nilai data yang dari metode potensial diri kecil tetap mempunyai hasil yang cukup akurat untuk menyatakan anomali di suatu daerah.
DAFTAR RUJUKAN
