Metode Indiksi Polarisasi
Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran arus di dalam bumi dan bagaimana mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, arus, dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah maupun akibat injeksi arus listrik DC (Dirrect Current) yang mempunyai tegangan tinggi ke dalam tanah.
Metode geolistrik dibagi menjadi beberapa bagian berdasarkan parameter yang diukur, antara lain metode Self-Potensial (SP), metode Magneto-Telluric (MT), metode Induced Polarization (IP), metode Control Source Audio Magneto-Telluric (CSAMT) dan metode Resistivity (tahanan jenis). Metode geofisika yang biasanya digunakan untuk eksplorasi mineral logam adalah Metode Induksi Polarisasi.
Metode Induksi Polarisasi (IP)
Metode polarisasi terinduksi (Induced Polarization / IP) adalah metode yang masih relatif baru dibandingkan metode lainnya. Metode IP sendiri merupakan bagian dari metode geolistrik yang menggunakan sumber buatan. Metode IP sesuai dengan namanya mengukur adanya polarisasi di dalam medium karena pengaruh arus listrik yang melewatinya. Polarisasi umumnya banyak terjadi pada medium yang memiliki kandungan mineral logam (misalnya senyawa sulfida logam). Sehingga metode IP lebih banyak dan lebih tepat digunakan untuk eksplorasi mineral logam.
Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineral-mineral logam di bawah permukaan bumi. Metode ini dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain. Biasanya konfigurasi yang tepat untuk pengukuran ini adalah dipole-dipole karena dapat memberikan hasil variasi tahanan jenis dan chargeability-nya ke arah vertikal dan horizontal.
Dalam metoda polarisasi terimbas ada 4 macam metoda pengukuran yaitu pengukuran dalam domain waktu, domain frekuensi, pengukuran sudut fasa dan Magnetic Induced Polarization
(MIP). Metoda polarisasi terimbas ini terutama dipahami dalam eksplorasi logam dasar (Base Metal) dan penyelidikan air tanah (Ground Water).
Metode polarisasi terimbas (IP) merupakan salah satu dari metode geolistrik yang didasarkan oleh konsep kelistrikan pada masalah kebumian. Akan tetapi metode ini juga memiliki kaitan yang erat terhadap metode tahanan jenis (Resistivity) karena pada hakekatnya metode IP adalah pengembangan lebih lanjut dari metode tahanan jenis yang mampu memberikan informasi tambahan ketika tidak ditemukan kontras tahanan jenis yang memadai. Aliran listrik pada suatu formasi batuan terjadi terutama karena adanya fluida elektrolit pada pori-pori atau rekahan batuan. Oleh karena itu resistivitas suatu formasi batuan bergantung pada porositas batuan serta jenis fluida pengisi pori-pori batuan tersebut. Batuan poros yang berisi air atau air asin tentu lebih konduktif (resistivitas-nya rendah) dibanding batuan yang sama yang pori-porinya hanya berisi udara (kosong). Temperatur tinggi akan lebih menurunkan resitivitas batuan secara keseluruhan karena meningkatnya mobilitas ion-ion penghantar muatan listrik pada fluida yg bersifat elektrolit.
Efek polarisasi terinduksi merupakan elemen dasar yang terjadi pada metode IP, dimana gejala polarisasi terinduksi dapat diilustrasikan sebagai berikut, jika suatu pengukuran tahanan jenis dengan konfigiurasi empat elektroda (standar), dimana pada elektroda arus (C1 dan C2) dialiri arus searah (DC) maka pada elektroda potensial (P1 dan P2) akan terukur beda potensial (ΔV). Ketika aliran arus pada elektroda (C1 dan C2) dimatikan, pada waktu t0 maka nilai beda potensial
tidak langsung kembali menjadi nol, melainkan secara perlahan mengalami penurunan beda potensial menuju nol. Grafik yang menggambarkan efek polarisasi terinduksi dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 1 Grafik Penurunan Potensial (Reynolds, 1997)
Sumber Efek Polarisasi
Fenomena suatu proses polarisasi dan mekanisme elektrokimia yang terjadi di dalam suatu batuan adalah benar-benar kompleks. Namun demikian mengenai polarisasi yang terjadi pada batuan dan soils adalah melingkupi penyebaran atau difusi ion-ion menuju mineral-mineral logam dan pergerakan ion-ion di dalam pore-filling elektrolit. Yang menjadi efek utama atau mekanisme utama yang terjadi dalam suatu proses polarisasi adalah polarisasi elektroda atau electrode polarization dan polarisasi membran atau membrane polarization.
Pengukuran dengan metode IP dilakukan dalam dua cara yaitu Time Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan menghitung harga potential decay, dan Frequency Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan mengukur harga resistivitas sebagai fungsi frekuensi arus yang dimasukkan ke dalam medium.
Apabila arus listrik dialirkan ke dalam medium, maka terjadi penyimpanan energi di dalam medium dalam bentuk energi mekanik, energi listrik, dan/atau energi kimia. Hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa penyimpanan energi dalam bentuk energi kimia adalah hal yang paling penting dalam metode polarisasi. Pada saat arus listrik diputus maka energi yang tersimpan dalam medium akan dilepaskan kembali dalam bentuk energi listrik yang dalam metode IP terukur sebagai potential decay V(t).
Energi yang tersimpan dalam medium mengakibatkan variasi mobilitas ion dalam larutan yang mengisi pori-pori batuan, atau variasi daya hantar listrik ionic dan elektronik bila dalam batuan terdapat mineral logam. Efek polarisasi yang pertama disebut polarisasi membran, sedang yang kedua disebut polarisasi elektroda atau overvoltage.
Polarisasi Membran
Polarisasi membran banyak terjadi pada batuan yang pori-porinya terisi dengan elektrolit dimana pori-pori tersebut juga terdapat mineral lempung. Mineral lempung umumnya bermuatan negatif, sehingga disekitarnya akan terkumpul ion-ion positif. Pada saat batuan dialiri arus listrik ion-ion akan bergerak, ion positif kearah katoda dan ion negatif kearah anoda. Adanya ion negatif dari lempung yang tidak dapat bergerak menyebabkan gerakan ion-ion tertahan, setelah arus diputus ion-ion akan kembali ke posisi seimbang memerlukan waktu beberapa detik. Sering kali polarisasi membran terjadi kontak permukaan mineral lempung bermuatan negatif akan menarik ion-ion positif sehingga membentuk awan ion positif disekitar permukaan mineral lempung dan meluas pada larutan. Jika pada kondisi ini kemudian dialiri arus listrik, maka akan terjadi penumpukan ion positif dan negatif di dekat permukaan mineral. Terbentuknya membran-membran tersebut akan mengurangi kemampuan mobilitas ion-ion secara signifikan.
Polarsisasi Elektroda atau Overvoltage
Polarisasi elektroda merupakan sumber polarisasi terbesar yang disebabkan oleh keberadaan mineral logam dalam medium batuan. Penghantaran arus dalam medium batuan yang mengandung mineral logam dilakukan secara elektronik maupun elektrolitik. Reaksi kimia berupa reaksi reduksi-oksidasi dan kemungkinan pertukaran ionik akan terjadi pada bidang batas mineral dengan elektrolit sampai terjadi keadaan setimbang. Apabila arus dialirkan ke dalam medium, akan timbul gangguan kesetimbangan berupa polarisasi pada bidang batas mineral logam yang berfungsi sebagai elektroda dan air pada medium batuan yang berfungsi sebagai eletrolit.
Bila dalam pori-pori batuan terdapat mineral logam dan elektrolit, maka pada bidang batas antara mineral logam dan elektrolit terjadi susunan muatan yang berlawanan membentuk suatu susunan kapasitor yang disebut dengan lapisan kembar listrik (electrical double layer). Pada saat batuan
dialiri arus listrik ion-ion akan bergerak dan sebagian tertahan oleh adanya mineral logam. Pada bidang batas antara mineral logam dan larutannya akan terjadi reaksi-reaksi kimia yang menimbulkan potensial ekstra yang disebut dengan overvoltage. Besarnya overvoltage dipengaruhi oleh besarnya arus dan lama arus yang melewatinya, overvoltage dapat bernilai positif atau negatif. Pada saat arus melewati butir-butir mineral logam, maka mineral akan terpolarisasi, karena efek elektrokimia maka satu sisi menjadi kutub positif sedang sisi lain menjadi kutub negatif, seperti dua buah elektroda, maka polarisasi ini disebut juga sebagai polarisasi elektroda. Overvoltage akan hilang secara perlahan-lahan pada saat arus dimatikan, sehingga menimbulkan potential decay yang terukur pada elektroda potensial.
Lapisan kembar listrik didefinisikan sebagai susunan muatan antar bidang batas mineral logam dengan air pada medium batuan. Susunan muatan ini dapat dianggap sebagai suatu kapasitor lempeng dengan rapat muatan σ.
Gambar 2 menggambarkan pergerakan ion-ion ketika kedua sisinya dialirkan arus. Pada bagian A menggambarkan arus yang mengalir pada seluruh ruang pori-pori yang terisi larutan tanpa adanya sumbatan butiran mineral. Terlihat ion-ion positif dan negatif menyebar berdasar arus yang melewatinya, dimana elektrolit positif (+) mengalir searah dengan arah arus sedangkan elektrolit negatif (-) mengalir berlawanan dengan arah arus. Sedangkan pada bagian B menggambarkan mineral logam yang mempunyai jaring pembatas yang saling berlawanan. Peristiwa ini dinamakan elektrolisis dimana ketika arus mengalir dan sebuah elektron berpindah tempat di antara logam dan larutan ion-ion pada bidang batas, dalam proses kimiafisika efek tersebut dinamakan polarisasi elektroda atau electrode polarization.
Gambar 2 Proses Polarisasi Elektroda (Reynolds, 1997)
Bila dalam medium banyak terjadi polarisasi karena pengaruh arus yang dilewatkan padanya, maka beda potensial terukur pada elektroda potensial tersebut tidak segera menjadi nol pada saat arus dimatikan, melainkan timbul potential decay yang akan menjadi nol dalam waktu beberapa detik atau sampai menit. Peristiwa ini bukan disebabkan oleh induksi elektromagnetik (karena induksi elektromagnetik akan hilang hanya dalam beberapa mikrodetik), tetapi disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadi pada daerah yang banyak mengandung senyawa logam.
DAFTAR PUSTAKA
Handayani, G. 1984. Tugas Akhir S-1 : Polarisasi Terimbas. Jurusan Fisika ITB. Bandung
Reynolds, J.M.1997. Surface Geophysical Anomalies. Cambridge
Summer, J.L. Principle of Induced Polarization for Geophysical Interpretation. Elsevier. Amsterdam
Seigel, H. O. 1959. Geophysics,. Vol 24, No. 3, pp 547-565. Cambridge
Telford W and Sheriff, 1982. Applied Geophysics. Cambridge University Press. Cambridge.
