BAB II LANDASAN TEORI

6

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Geologi 2.1.1 Geologi Regional

Satuan geologi tertua pada lembar Tanjung Karang merupakan Kompleks Gunung Kasih (Pzg) yang terdiri dari batuan malihan (metamorphicrocks). Tersusun dari batuan sekis, gneis, kuarsit dan pualam yang tersingkap direruntuhan batuan penutup kuarter dan sentuhan tektonik dengan sedimen kapur. Batuan Kompleks Gunung Kasih berumur karbon awal atau lebih tua. Seperti batuan alas kristalin yang mengalasi cekungan sedimen tersier awal yang luas di lajur busur-belakang. Formasi Lampung (Qtl) merupakan formasi yang mendominasi hampir seluruh wilayah pada lembar Tanjung Karang yang terdiri dari susunan batuan riolit-tufan dan vulkanoklastik tufan yang memiliki umur pleistosen.

Lokasi penelitian termasuk ke dalam zona formasi Lampung (Qtl) bagian dari lembar tanjung karang, sehingga sebaran batuan permukaan di lingkungan penelitian adalah batuan gunung api yang merupakan produk dari aktivitas gunung api, baik dari erupsi atau hasil dari deformasi akibat proses vulkanisme, tektonisme, ataupun sedimentasi (Rizka & Setiawan, 2019). Peta geologi regional daerah penelitian dapat dilihat secara rinci pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Peta Geologi Regional Lampung Selatan & Lampung Timur (Sutisna & Kisman, 2003).

7

2.1.2 Fisiografi

Secara fisiografi Van Bemmelen (1949) membagi Pulau Sumatera menjadi 6 zona, yaitu: bukit barisan, paparan sunda, busur luar, bukit tiga puluh, dataran dan perbukitan, dan Sesar Semangko (Sumatera). Berdasarkan letak geografisnya daerah penelitian termasuk ke dalam zona bukit barisan. Zona bukit barisan menempati ≈ 30% Pulau Sumatera dengan zona perbukitan yang memiliki pola memanjang ≈ 1.650 km dengan lebar 100 km. Peta daerah penelitian dapat dilihat secara rinci pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Peta Lokasi Penelitian Desa Campang Tiga, Kecamatan Sidomulyo, Kabupaten Lampung Selatan (Ina geoportal, 2021).

Secara Umum, daerah penelitian disusun oleh 3 satuan morfologi yaitu pada orientasi timur dan timur laut di dominasi oleh morfologi bergelombang, arah tengah dan barat daya didominasi oleh morfologi pegunungan, dan pada arah pantai didominasi oleh morfologi berbukit hingga datar. Pada daerah dataran bergelombang didominasi oleh 60% luas lembar dengan ketinggian beberapa meter di atas permukaan laut yang didominasi oleh endapan aluvial dan vulkanoklastika tersier-kuarter. Luas lembar tanjung karang 25%-30% ditempati pegunungan bukit barisan yang didominasi oleh batuan beku dan malihan serta batuan produk gunung api muda. Secara umum daerah lereng-lereng cenderung curam dengan elevasi

8

sampai dengan 500-1.680 m di atas permukaan laut. Untuk arah daerah pantai memiliki topografi beraneka ragam yang terdiri dari perbukitan kasar dengan elevasi 500 m di atas permukaan laut dan didominasi oleh batuan terobosan, batuan hasil produk gunung api tersier dan kuarter (Mangga dkk., 1993). Peta Fisiografi dapat dilihat secara rinci pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Peta Fisiografi daerah Lampung (Mangga.dkk, 1993).

2.1.3 Relief Gunung Api Lampung

Berdasarkan peta jalur gunung api aktif (ring of fire) Lampung merupakan jalur yang dilalui oleh sabuk gunung api, sehingga akan terbentuk tatanan relief baru. Proses tektonik secara konvergen yang diakibatkan Lempeng Samudra Hindia dan Lempeng Benua Eurasia akan mengakibatkan pola subduksi. Pola subduksi di pantai barat Sumatera akan mengakibatkan terbentuknya jajaran gunung api sepanjang ujung Aceh hingga ujung Lampung. Di wilayah Lampung jajaran gunung api terlihat berjejer di sepanjang barat yang dapat dilihat pada Gambar 2.4.

9

Gambar 2.4 Peta Relief Gunung Api Lampung (Atlas Sumberdaya Wilayah pesisir lampung, 1999).

2.1.4 Stratigrafi

Secara geografis daerah penelitian termasuk dalam wilayah dalam peta geologi tanjung karang. Berdasarkan Mangga dkk. (1993), peta geologi lembar tanjung karang terdapat tiga urutan umur stratigrafi (Mulyasari dkk., 2018), yaitu:

a. Pra tersier

Pada era Pra tersier tersingkap batuan dasar metamorf kompleks hasil gunung kasih tak terpisahkan (Pzq) yang didominasi oleh kuarsit Sidodadi (Pzgk) berbentuk kuarsit yang bercorak sekis kuarsit serisit.

b. Tersier

Pada era Tersier tersingkap batuan hasil letusan gunung api dan batuan hasil terobosan. Era tersier memiliki berbagai suatu perlapisan batuan atau strata dengan jenis dan spesies batuan yang sama pada beberapa formasi. Untuk Formasi Campang (Tpoc) yang didominasi jenis batuan pada campuran batu lempung, serpih pada bagian atas. Batuan aneka breksi dengan selingan batulanau dan batupasir pada bagian atas Formasi Campang. Bagian daerah Formasi Tarakan (Tpot) didominasi oleh breksi dengan sisipan rijang dan batu tuf padu.

10 c. Kuarter

Pada era kuarter tersingkap atas batuan sedimen, produk gunung api dan endapan permukaan. Era kuarter memiliki berbagai suatu perlapisan batuan atau strata dengan jenis dan spesises batuan yang sama pada beberapa formasi. Terdiri dari Formasi Lampung (QTl) yang didominasi oleh tuf berbatuapung, tuf riolitik, tuf padu tufit, batulempung tufan dan batupasir tufan. Daerah Formasi Endapan Gunung Api Muda Pesawaran (Qhvp) didominasi berupa lava (andesit-basal), breksi dan tuf; aluvium (Qa) berupa kerakal, kerikil, pasir, lempung dan gambut. Peta stratigrafi daerah Lampung dapat dilihat secara rinci pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Peta Fisiografi daerah Lampung (Mangga dkk., 1993).

2.2 Teori Dasar

2.2.1 Mineralisasi Zeolit

Mineral zeolit merupakan akumulasi senyawa logam alkali dengan senyawa alumina hidrat yang masuk dalam golongan mineral tersusun dari berbagai jenis mineral (Madiadiapoera dkk., 1990). Berdasarkan pengamatan (Cheetam, 1992)

11

mineral zeolit termasuk sejenis senyawa mineral kristal alumina silika tetrahedral yang memiliki struktur kerangka tiga dimensi, memiliki pori-pori, serta terbentuk oleh tetrahedral [𝑆𝑖𝑂₄]4−_{dan [𝐴𝑙𝑂}

4]5− yang saling terikat dengan kompleks yang dapat dilihat pada Gambar 2.5. Antar senyawa akan saling terhubung dan membentuk kerangka tiga dimensi terbuka yang memuat saluran-saluran dan pori-pori. Pori-pori dan saluran akan diisi oleh ion logam berupa logam alkali dan alkali tanah dan sebagian diisi oleh molekul-molekul air yang bergerak bebas (Lestari, 2010).

Gambar 2.6 Bentuk Tetahedral silika dan alumina Zeolit (Las & Zamroni, 2002).

Kata zeolit terdiri dari dua buah kata dalam bahasa Yunani “zeo” = boil & “lithos” = stone; yang memiliki arti batu mendidih. Penamaan Zeolit dikenalkan oleh seorang ahli mineralogi dari Swedia bernama Axel Fredrik Cronstedt pada tahun 1756. Fredrik melakukan penelitian dan pengamatan bahwa setelah pemanasan, uap mineral ini akan dilepaskan, karena air menguap dan zeolit tampak mendidih karena kehilangan air yang lebih cepat (Moshoeshoe dkk., 2017). Kandungan mineral zeolit memiliki banyak manfaat dan kegunaan. Kandungan Mineral zeolit banyak dimanfaatkan sebagai katalis, adsorben, penukar ion (Lestari, 2010).

Secara umum mineral zeolit terjadi secara alamiah yang banyak terakumulasi di daerah barisan vulkanik. Kandungan zeolit banyak mengandung hasil komposisi letusan gunung berapi berupa batuan piroklastik ber butir halus (Tuf). Zeolit merupakan produk hasil letusan gunung api terbentuk menjadi batu vulkanik, batuan sedimen, dan batuan metamorf selanjutnya mengalami proses pelapukan akibat pengaruh panas dan dingin sehingga akan membentuk mineral zeolit. Pendapat ahli lain mengatakan bahwa terbentuknya mineral zeolit akibat dari ketika

12

letusan gunung dan mengeluarkan abu yang beterbangan di angkasa dan jatuh mengendap di daerah sungai, danau, dan laut sehingga mengalami perubahan membentuk mineral zeolit (Kusdarto, 2008).

2.2.2 Ganesa Mineral Zeolit

Mineral zeolit terbentuk dari produk gunung api yang mengalami berbagai macam perubahan di alam akibat dari proses kimia dan fisika yang kompleks (Lestari, 2010). Berdasarkan penelitian Kusdartoro (2008) zeolit terbentuk secara geologi dalam batuan tuf yang telah mengalami proses sedimentasi, debu volkanik mengalami proses alterasi (Kusdarto, 2008). Pendapat Setyawan (2002) menyatakan proses ganesa zeolit berasal dari abu gunung berapi yang mengalami erupsi dan diendapkan di dasar danau dan dasar lautan. Abu gunung berapi yang diendapkan akan mengalami berbagai proses perubahan oleh air laut dan air tawar sehingga zeolit akan tersedimentasikan di dasar danau atau laut (Lestari, 2010). Dalam penelitian Syarifullah (2006) kajian bahan galian zeolit untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pupuk berdasarkan proses terbentuknya, zeolit dapat dibentuk oleh:

a. Endapan Zeolit dari Proses Sedimentasi

Mineral zeolit mengalami perubahaan komposisi oleh air danau yang terendapkan dan tersedimentasikan secara lateral. Keadaan ini diakibatkan oleh perubahan komposisi air danau. Endapan zeolit jenis ini memiliki struktur yang sangat sederhana dengan ketebalan hanya beberapa centimeter hingga beberapa meter. Mineral zeolit tersebar cukup luas dan mempunyai konsentrasi tinggi untuk jenis mineral zeolit tertentu. Biasanya banyak dijumpai pada daerah yang bersifat asam dan kering dan umum jenis zeolit yang terendapkan adalah klinoptilolit, erionit, khabazit dan filipsit.

b. Endapan Zeolit dari Proses Alterasi Air Tanah

Endapan zeolit jenis ini terbentuk dan terendapkan secara vertikal dan horizontal yang dicirikan oleh lapisan tufa riolitik yang tebal. Hal ini disebabkan ini oleh perubahan komposisi kimia sebagai akibat reaksi dengan air tanah. Endapan ini memiliki ketebalan yang dapat mencapai ratusan meter. Jenis mineral zeolit yang umum dijumpai adalah jenis klinoptilolit dan mordenit.

13 c. Endapan Zeolit Dari Proses Diagenetik

Jenis endapan zeolit ini bercirikan lapisan yang sangat tebal dengan sebaran yang sangat luas, namun memiliki kandungan mineral zeolit yang sangat rendah. Jenis deposit zeolit ini mengandung mineral heulandite dan laumonite. Ciri lain dari jenis Endapan Zeolit dari Proses Diagenetik adalah struktur geologi kompleks, sebagai hasil dari proses tektonik.

d. Endapan Zeolit Dari Proses Hidrotermal

Jenis deposit zeolit ini dicirikan oleh zona mineralisasi klinoptilolit dan mordenit di daerah intrusi dangkal yang dingin. Cadangan zeolit jenis ini memiliki kadar yang tinggi, kepadatannya sangat terbatas sehingga kurang ekonomis untuk ditambang.

Secara rinci ganesa pembentukan mineral zeolit dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.7 Ganesa Mineral Zeolit (Rhodes, 2010).

Secara khas Mineral Zeolit ditemukan dalam sistem hidrotermal suhu rendah, terutama di batuan vulkanik dan yang diturunkan dari vulkanik, tetapi juga dalam

14

berbagai jenis batuan lainnya, biasanya feldspathic. Mereka mendefinisikan "fasies zeolit" dari metamorfosis. Mineral lainnya sering ditemukan berasosiasi dengan zeolit meliputi: Apophyllite, kalsit, cavansite, prehnite, epidot, kuarsa, pirit, Clay (batu lempung) (Mindat dkk., 1997) .

2.2.3 Sifat Zeolit

Zeolit merupakan bahan galian non logam atau mineral industri multi guna karena memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang unik. Syarifullah (2006) di dalam penelitian kajian bahan galian zeolit sifat sebagai:

a. Zeolit Sebagai Penyerap (Absorben)

Absorben merupakan proses pengikatan molekul atau elemen ke permukaan molekul atau elemen lain. Sifat zeolit sebagai bahan penyerap:

1. Zeolit bersifat selektif yang memiliki kapasitas pertukaran kation yang cukup tinggi.

2. Zeolit dapat memisahkan molekul berdasarkan ukuran dan bentuk struktur kristal zeolit.

b. Zeolit Sebagai Penukar Kation

Sifat kation pada mineral zeolit dapat ditukar dengan kation lain dalam suatu larutan. Hal ini disebabkan adanya ion dalam pori-pori kristal zeolit selalu menjaga netralitas muatan listrik, selain disebabkan oleh ion yang dapat bergerak bebas, kapasitas tukar kation bergantung pada ukuran, muatan ion, dan jenis zeolit. Selain berfungsi sebagai penukar kation, Zeolit juga dapat berfungsi sebagai penukar anion. Dalam hal ini posisi gugus hidroksil (OH) pada zeolit memegang peranan penting. Gugus hidroksil dalam zeolit dapat dibentuk dengan metode deamonisasi melalui proses pertukaran ion NH4 dalam zeolit.

c. Zeolit Sebagai Katalis

Reaksi katalis merupakan suatu reaksi yang mempercepat suatu reaksi dan sifat ini terjadi di pori-pori kristal zeolit. Pori-pori besar dan volume zeolit yang kosong dan perbandingan atom Si dan Al membuat dan mempengaruhi sifat zeolit sebagai katalis. Sifat-sifat ini dapat terjadi karena struktur dan sifat muatan listrik yang dimiliki oleh kerangka zeolit baik di permukaan maupun di dalam rongga. Zeolit

15

baru akan bekerja sesuai dengan struktur kimianya setelah melalui proses pengolahan.

2.2.4 Manfaat Mineral Zeolit

Zeolit merupakan mineral non logam yang memiliki multi sungsi karena zeolit memiliki sifat-sifat fisika dan kimia sebagai penyerap, penukar ion, penyaring molekul dan sebagai katalisator (Lestari, 2010). Pemanfaatan zeolit sendiri umumnya dapat dimanfaatkan sebagai (Sukandarrumidi, 2009):

a. Bahan Struktur Bangunan Fisik

Zeolit dapat dibentuk sebagai blok/balok dengan ukuran tertentu dan dapat dipergunakan sebagai pembatas dinding rumah.

b. Bidang Pertanian

Kemampuan pertukaran ion dan sifat melepaskan kation zeolit dapat menetralisis pH tanah. Berdasarkan uji lab yang dilakukan pada sample mineral zeolit diperoleh pH mineral berkisar 5.0 – 6.5 yang mengidentifikasikan zeolit bersifat netral dan asam. Untuk meningkatkan pH oleh zeolit dimungkinkan karena kation-kation basa yang terdapat pada zeolit seperti Ca, K, dan Mg dapat dipertukarkan dengan ion 𝐻+ dan 𝐴𝑙3+. Zeolit dapat menyangga pH tanah, tanah masam dapat dinetralisir karena zeolit dapat mengadsorpsi Al dan Fe penyebab kemasaman tanah serta melepaskan kation-kation basa seperti Ca, Mg, dan K. Sifat zeolit memiliki memiliki kemampuan sebagai daya tinggi untuk menahan ion untuk menahan ion amonium dan kalium yang terdapat di dalam air. Sehingga zeolit dapat meningkatkan sifat fisika dan kimia tanah terutama tanah yang mengandung pasir dan sedikit aluminium sulfat serta tanah podzolik. Penambahan mineral zeolit pada tanah akan meningkatkan proses nitrifikasi pada tanah.

c. Bidang perikanan

Zeolit dalam bentuk serbuk dapat dimanfaatkan sebagai penyerap dan pengontrol amonium yang dikeluarkan oleh ikan atau akibat pembusukan sisa makanan. Jika jumlah amonium tidak dikontrol dapat mengakibatkan keracunan pada ikan. d. Bidang peternakan

16

Mineral zeolit dapat dimanfaatkan sebagai bahan penambah pakan ternak seperti babi, unggas, domba, sapi, dan binatang pemamah biak lainnya. Zeolit akan menambah pertumbuhan dan menambah berat badan ternak.

e. Bidang lingkungan

Dalam bidang lingkungan mineral zeolit dapat dimanfaatkan sebagai: 1. Sebagai bahan penghilang bau.

2. Sebagai penangkap ion Ca2+ _{di dalam air.} 3. Sebagai penyerap gas 𝑁₂, 𝑂₂ dan 𝐶𝑂₂. 4. Pengolahan limbah radioaktif Sr85

5. Sebagai bahan penukar untuk menangkap logam besi dan mangan yang terkandung dalam air, karena keberadaan logam besi dan mangan dalam air sangat merugikan penggunaannya baik untuk keperluan rumah tangga/industri.

6. Setelah dilakukan aktifasi dengan NaOH zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penteral logam berat seperti Pb, Cu dan Mn, juga dapat untuk menyerapNH₄, NO₄, dan COD.

7. Jika Zeolit diaktifkan dengan NaOH dan HZSO+dapat berfungsi untuk pengolahan air sungai untuk mendapatkan air bersih.

f. Bidang Industri

Dalam bidang industri mineral zeolit dapat digunakan dan dimanfaatkan sebagai: 1. zeolit dapat digunakan sebagai bahan untuk penjernih minyak kelapa sawit. 2. Menyerap zat warna yang terdapat dalam minyak hati ikan hiu.

3. Penyerapan dan pemisahan air, karbon dioksida, dan belerang dari gas alam, penyerapan nitrogen dari udara dalam produksi gas oksigen dan pengeringan gas freon.

2.2.5 Metode Geolistrik

Metode geolistrik resistivitas merupakan salah satu metode yang umum digunakan dalam survei geofisika terutama dalam eksplorasi dangkal, seperti eksplorasi akuifer, keadaan struktur bawah permukaan, patahan, rekahan dan sebagai data pendukung dalam melakukan eksplorasi tambang (Hutagalung & Bakker, 2013).

17

Metode geolistrik resistivitas termasuk salah satu metode geolistrik yang banyak digunakan untuk menggambarkan keadaan bawah permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah permukaan bumi (Wijaya, 2015).

Metode geolistrik adalah salah satu metode pengukuran yang dilakukan di atas permukaan tanah untuk mengetahui lapisan batuan dan mineral sesuai dengan prinsip setiap lapisan yang memiliki atau mempunyai nilai resistivitas yang berbeda (Telford dkk., 1990). Dasar metode geolistrik resistivitas adalah dengan melakukan injeksi arus listrik ke dalam bumi menggunakan dua buah elektroda arus, Kedua buah elektroda potensial di permukaan bumi akan mengukur besar beda potensial yang terukur di permukaan. Setiap arus listrik yang diinjeksikan akan mengalir melalui lapisan batuan di bawah permukaan bumi dan akan menghasilkan data beda potensial yang nilainya bergantung pada tahanan jenis (resistivity) dari batuan yang dilewatinya. Dengan memanfaatkan fenomena ini, maka dapat mengetahui dan menentukan jenis batuan atau struktur apa saja yang ada di bawah permukaan bumi (Adawiyah dkk., 2018).

Dalam metode geolistrik resistivitas, Saat arus listrik dialirkan ke dalam bumi melalui dua buah elektroda arus, kemudian besarnya potensial yang dihasilkan akan diukur di permukaan bumi melalui dua buah elektroda potensial. Besarnya nilai beda potensial di antara kedua buah elektroda potensial akan bergantung pada besarnya arus yang dialirkan ke dalam bumi dan dipengaruhi juga pada letak kedua elektroda potensial tersebut terhadap letak kedua elektroda arus yang dilewati (Adawiyah dkk., 2018).

2.2.6 Sifat Listrik Batuan

Sesuai dengan pengamatan Telford dkk. (1990), pergerakan aliran arus listrik pada batuan dan mineral dapat dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu konduksi elektronik, konduksi elektrolitik, dan konduksi dielektrik (Suryadi & Efendi, 2015). a. Konduksi secara elektronik

Konduksi terjadi apabila batuan atau mineral memiliki banyak elektron bebas sehingga arus listrik mudah dialirkan dalam batuan atau mineral oleh elektron-elektron bebas tersebut. Aliran listrik di dalam mineral dan batuan dipengaruhi oleh

18

sifat atau karakteristik masing-masing batuan yang dilewatinya. Resistivitas (tahanan jenis) merupakan salah satu sifat atau karakterisitik yang menunjukkan kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan arus listrik. Semakin besar nilai resistivitas suatu bahan maka semakin sulit bahan tersebut menghantarkan arus listrik, begitu pula sebaliknya. Resistivitas memiliki pengertian yang berbeda dengan resistansi tidak hanya bergantung pada bahan tetapi juga bergantung pada faktor geometri atau bentuk bahan tersebut, sedangkan resistansi tidak bergantung pada faktor geometri.

b. Konduksi secara elektrolit

dalam kasus elektolit batuan merupakan konduktor yang buruk dan memiliki resistivitas yang sangat tinggi. Sebenarnya batuan biasanya bersifat porus dan memiliki pori-pori yang terisi oleh fluida, terutama air. Hal ini akan mengakibatkan batuan dan mineral akan menjadi konduktor elektrolitik, dimana konduksi arus listrik di bawah oleh ion-ion elektrolitik dalam air.

c. Konduksi secara dielektrik

kondisi ini terjadi apabila batuan atau mineral bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik, sehingga batuan dan mineral tersebut mempunyai elektron bebas sedikit, bahkan tidak sama sekali. Di bawah ini akan dijelaskan lebih rinci nilai resistivitas batuan berdasarkan Telford dkk. (1990) pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Nilai Resistivitas Batuan (Telford dkk., 1990).

Material Resistivitas (Ωm)

Udara (Air) ~

Pirit (Pyrite) 1 × 10−2_{− 1 × 10}2

Kuarsa (Quartz) 5 × 102_{− 8 × 10}5

Kalsit (Calcite) 1 × 1012− 1 × 1013 Garam Batu (Rock salt) 3 × 101− 1 × 1013

19

Granit (Granite) 2 × 102− 1 × 105

Andesit (Andesite) 1,7 × 102_{− 45 × 10}4

Basal (Basalt) 2 × 102_{− 1 × 10}5

Gamping (Limestone) 5 × 102− 1 × 105 Batu Pasir (Sandstone) 2 × 102− 8 × 103 Batu tulis (Shales) 2 × 101_{− 2 × 10}3

Pasir (Sand) 1 × 100− 1 × 103

Lempung (Clay) 1 × 100− 1 × 102

Air Tanah (Ground water) 5 × 10−1− 3 × 102 Magnetit (Magnetite) 1 × 10−2− 1 × 103 Kerikil kering (Dry gravel) 6 × 102_{− 1 × 10}4 Aluvium (Alluvium) 1 × 101− 8 × 101

Kerikil (Gravel) 1 × 102− 6 × 102

Tufa 2 × 101− 2 × 102

2.2.7 Prinsip Dasar Metode Resistivitas

𝑅 = 𝑣

20

Prinsip dari resistivitas adalah Hukum Ohm. Seorang ahli Peneliti George Simon Ohm membuat suatu pengamatan untuk melakukan korelasi antara tegangan 𝑣 dan arus 𝑖 melalui penghantar batas-batas parameter penghubung. Dengan parameter resistivitas 𝑅, yang didapat dari rasio tegangan 𝑣 dengan kuat arus 𝑖, sehingga dapat dituliskan sebagai:

Keterangan:

R = Resistansi bahan (ohm)

i = Besar kuat arus (ampere)

v = Besar tegangan (volt).

Berdasarkan Hukum Ohm yang menyatakan bahwa setiap potensial atau tegangan antara ujung-ujung penghantar berbanding lurus dengan hasil kali resistansi dan kuat arus. Hal ini diasumsikan bahwa resistansi bahan 𝑅 tidak tergantung dengan kuat arus 𝑖, tetapi resistansi bahan R merupakan konstan (tetap). Untuk memperoleh hubungan antara tegangan, kuat arus, dan resistansi bahan dapat ditunjukkan oleh Gambar 2.7.

Gambar 2.8 Hubungan antara tegangan, kuat arus, dan resistansi bahan (Loke, 2004).

Setiap arus listrik i yang mengalir pada sebuah penghantar diartikan sebagai jumlah muatan listrik positif (dq) yang melewati penampang penghantar dan arah berbanding terbalik per satuan waktu (dt), sehingga diperoleh hubungan Medium

Atau

21

homogen dengan luas penampang 𝐴 dan panjang 𝑙, dialiri arus listrik 𝑖, beda potensial v diukur di kedua ujung medium dengan visualisasi pada Gambar 2..

𝑖 =𝑑𝑞 𝑑𝑡

(2.3)

Gambar 2.9 Medium homogen dengan luas penampang A dan panjang l, dialiri arus listrik

i, beda potensial v diukur di kedua ujung medium.

Jika di tinjau dari sebuah kawat dengan panjang ℓ terhubung potensial di setiap ujung-ujungnya senilai 𝑣1(+) dan 𝑣2(−) sehingga akan diperoleh beda potensial sebesar Δv, maka akan terjadi pergerakan dari potensial tinggi 𝑣₁(+) ke potensial rendah 𝑣₂(−) berupa aliran muatan listrik positif (i). Perbedaan beda potensial akibat pergerakan potensial setiap ujung kawat akan menyebabkan adanya kuat medan listrik. Kuat medan listrik pada penghantar berbanding lurus dengan beda

22

potensial 𝛥𝑣 dan berbanding terbalik dengan panjang kawat penghantar ℓ, sehingga akan diperoleh persamaan 2.4.

𝐸 =Δ𝑣 ℓ =

𝑣1 − 𝑣2 𝑙

(2.4)

Jika Δv dan luas penghantar A semakin besar, maka semakin banyak muatan yang berpindah dan kelajuan perpindahan muatan pun semakin besar. Sehingga akan diperoleh arus listrik pada persamaan 2.5.

𝑖 = 𝐴𝐸 = 𝐴Δ𝑣 𝑙

(2.5)

Rapat arus listrik (J) diperoleh dari besaran vektor arus listrik dan berbanding terbalik dengan satuan luas penghantar lintang luas, sehingga akan diperoleh rapat arus listrik:

𝐽 = 𝑖 𝐴

(2.6)

Keterangan:

J = rapat arus (ampere/m2)

i = kuat arus listrik (ampere)

A = luas penampang penghantar (m2)

Jika pada medium homogen isotropis dialiri arus searah (i) dengan kuat medan listrik (volt/meter), maka elemen arus (di) yang melalui suatu elemen luas (dA) dengan rapat arus 𝐽 (ampere/m2) akan berlaku hubungan pada persamaan 2.7.

𝐽 = 𝑑𝑖 𝑑𝐴=

Δ𝑉 𝜌𝑙

(2.7)

Dari pada persamaan 2.7, sehingga akan diperoleh persamaan 2.8 rapat arus menjadi: 𝐽 =𝐸 𝜌 = 𝐸 (2.8) Keterangan: σ = konduktivitas penghantar ρ = resistivitas penghantar.

23

Untuk kuat medan listrik dari gradien dari potensial skalar diperoleh pada persamaan 2.9.

𝐸 = −  𝑣 (2.9)

Dari hasil persamaan 2.9, maka persamaan 2.10 diperoleh rapat arus sebagai:

𝐽 = −  𝑣 (2.10)

Jenis penghantar pada penampang akan berpengaruh pada Kuat arus listrik, dimana setiap kuat arus akan selalu bergantung pada jenis penghantar yang dinyatakan oleh resistivitas penghantar (ρ) dalam ohmmeter (Ωm) atau besaran konduktivitas σ yang memenuhi hubungan yang dinyatakan dalam (ohmmeter) −1. Sehingga akan diperoleh hubungan antara resistivitas penghantar dan besar arus listrik pada persamaan 2.10. 𝑖 = 𝐴Δ𝑉 𝑙 (2.11) atau 𝑖 =𝐴𝛥𝑣 𝜌𝑙 (2.12)

Dari persamaan 2.12 akan diperoleh nilai tahan jenis pada persamaan 2.13 dan persamaan 2.14. 𝑅 = 𝜌𝑙 𝐴 (2.13) atau 𝜌 =𝑅𝐴 𝑙 (2.14) Keterangan: R = resistansi (Ω) 𝜌 = resistivitas penghantar (Ωm) 𝑙 = panjang penghantar (m)

24

Baik atau buruknya suatu bahan atau material dalam menghantar listrik merupakan besaran-besaran resistivitas ρ dan konduktivitas σ.

2.2.8 Arus Listrik dalam Bumi

a. Potensial Elektroda Arus pada Bumi Homogen Isotropis

Potensial isotropis pada bumi Homogen merupakan nilai resistivitas ρ dianggap tidak bergantung pada sumbu koordinat, sehingga termasuk dalam persamaan sederhana dalam penentuan resistivitas lapisan-lapisan batuan bumi. Timbulnya distribusi potensial disebabkan akibat arus tunggal i. Setiap aliran arus yang mengalir ke dalam bumi potensial homogen isotropis didasarkan pada Hukum kekekalan muatan yang diperoleh secara matematis pada persamaan 2.15.

 𝐽 = 𝜕𝑞 𝜕𝑡

(2.15)

Keterangan:

J = Rapat arus (ampere/meter2)

q = Rapat muatan(coulomb/meter3)

Persamaan 2.15 sebagai Hukum kekekalan muatan termasuk sebagai persamaan kontinuitas. Jika arus stasioner maka persamaan di atas diperoleh pada persamaan matematis 2.16.

 𝐽 = 0 (2.16)

Berdasarkan prinsip Hukum Ohm menyatakan bahwa besarnya medan listrik E akan sebanding dengan rapat arus J. Dari hasil penurunan rumus persamaan 2.9, 2.11, dan 2.16 untuk medium homogen isotropis ρ konstan, maka σ juga konstan atau σ = 0, sehingga diperoleh persamaan Laplace sebagai berikut:

 2_{𝑣 = 0 (2.17)}

Pada persamaan 2.17 termasuk distribusi potensial listrik untuk arus listrik searah dalam medium homogen isotropis memenuhi persamaan Laplace. Sehingga

25

Persamaan 2.17 termasuk persamaan dasar dalam teori penyelidikan geolistrik resistivitas.

b. Potensial Elektroda Arus Tunggal di bawah Permukaan Bumi

Saat sebuah elektroda arus diinjeksikan ke dalam medium yang homogen isotropik, maka rangkaian arus dengan elektroda lainnya biasa diletakkan di permukaan dan sangat jauh agar pengaruhnya terhadap elektroda pertama dapat diabaikan. Dalam sistem koordinat bola persamaan Laplace dapat dituliskan sebagai berikut pada persamaan 2.18. ∇2𝑣 = 1 𝑟2{ 𝜕 𝜕𝑟(𝑟 2𝜕𝑣 𝜕𝑟) + 1 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝜕 𝜕𝜃(𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝜕𝑣 𝜕𝑟) + 1 𝑠𝑖𝑛2 𝜕2_𝑣 𝜕𝜃2} (2.18)

Karena sifat homogen dari medium maka v hanya merupakan fungsi jarak, sehingga: ∇2𝑣 = 1 𝑟2{ 𝜕 𝜕𝑟(𝑟 2 𝜕𝑣 𝜕𝑟)} = 0 (2.19) ∇2𝑣 = 1 𝑟2{ 𝜕 𝜕𝑟(𝑟 2 𝜕𝑣 𝜕𝑟)} = 0 (2.20) 𝛻2_{𝑣 =} 𝛻2𝑣 𝜕𝑟2+ ( 2 𝑟) 𝜕𝑣 𝜕𝑟 = 0 (2.21) 𝛻2𝑣 𝜕𝑟2 = − ( 2 𝑟) 𝜕𝑣 𝜕𝑟 (2.22) 𝛻2𝑣 𝜕𝑟2 = − ( 2 𝑟) 𝜕𝑣 𝜕𝑟 (2.23)

Persamaan dikalikan dengan 𝑟2, sehingga diperoleh:

𝑟2𝛻 2_𝑣 𝜕𝑟2 = − ( 2 𝑟) 𝜕𝑣 𝜕𝑟 (2.24)

Dengan mengintegrasikan persamaan 2.24 diperoleh solusi persamaan pada 2.25.

𝑣 = − 𝐴 𝑟+ 𝐵

26

Dengan 𝐴, dan 𝐵 adalah suatu konstanta dengan v = 0 untuk 𝑟 mendekati tak hingga maka nilai dari 𝐵 = 0. Sehingga akan diperoleh total arus yang melewati permukaan bola pada persamaan 2.26.

𝑖 = 4𝜋𝑟2_{𝐽 = −4𝜋𝑟}2_𝜎𝜕𝑣

𝜕𝑟= 4 𝜋𝜎𝐴

(2.26)

Dari persamaan 2.26 diperoleh luas penampang 𝐴 pada persamaan 2.27: 𝐴 = −𝑖𝜌 4𝜋 (2.27) Dimana 𝜌 = 1 𝜎 (2.28)

Sehingga nilai potensial elektroda tunggal diperoleh pada persamaan 2.29.

𝑣 = (𝑖𝜌 4𝜋) 1 𝑟 (2.29) atau 𝜌 = 4𝜋𝑟𝑣 𝑖 (2.30)

Pada bidang ekuipotensial, disetiap ortogonal pada garis aliran arus, akan menjadi permukaan bola dengan 𝑟 = konstan. Potensial elektroda arus tunggal di bawah permukaan bumi dapat diilustrasikan pada Gambar 2.9.

Gambar 2.10 Elektroda berarus tunggal di bawah permukaan bumi (Loke, 1999).

27

Gambar 2.11 Sumber Arus Tunggal di Permukaan Medium Homogen Isotropis ((Loke, 1999).

Potensial Elektroda arus tunggal pada permukaan bumi homogen isotropis yang keluar dari sumber titik di bawah permukaan dengan adanya medan kontur ekuipotensial diilustrasikan model bumi yang berbentuk setengah bola homogen isotropis memiliki konduktivitas udara sama dengan nol. Arus 𝑖 yang dialirkan melalui sebuah elektroda pada titik p di permukaan akan tersebar ke semua arah dengan besar yang sama. Potensial pada jarak 𝑟 dari titik P hanya merupakan fungsi jarak saja. Potensial elektroda arus tunggal di pada permukaan bumi dapat diilustrasikan pada Gambar 2.10. Persamaan Laplace yang berhubungan dengan kondisi ini dalam koordinat bola dapat dilihat pada persamaan 2.33 (Syamsuddin, 2007). 1 𝑟2 𝜕 𝜕𝑟(𝑟 2 𝜕𝑉 𝜕𝑟)+ 1 𝑟2 1 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝜕 𝜕𝜃(𝑠𝑖𝑛𝜃 𝜕𝑉 𝜕𝜃)+ 1 𝑟2_𝑠𝑖𝑛2_𝜃 𝜕𝑉 𝜕∅2 = 0 (2.30) Di mana jarak; 𝑟2 = 𝑥2 + 𝑦2+ 𝑧2 (2.31)

28

Untuk permukaan setengah bola arus yang mengalir akan memenuhi pada persamaan (2.32): 𝑖 = 2𝜋𝑟2𝑑𝑣 𝑑𝑟 = − 2𝜋𝑟2𝜎𝐴 𝑟2 = −2𝜋𝜎𝐴 (2.32) Maka 𝐴 = −𝑖𝜌 2𝜋 (2.33)

Nilai resistivitas berbanding terbalik dengan konduktivitas pada persamaan (2.26) sehingga akan diperoleh potensial pada persamaan 2.34:

𝑣 = −𝐴 𝑟 = ( 𝐼𝜌 2𝜋) 1 𝑟 (2.34) atau 𝜌 = 2𝜋𝑟𝑣 𝐼 (2.35)

d. Potensial Dua Elektroda Arus di Permukaan Bumi

Potensial dua elektroda arus pada permukaan homogen isotropis umumnya metode resistivitas menggunakan empat buah elektroda, dua buah elektroda arus, dan dua buah elektroda beda potensial. Arus listrik diinjeksikan melalui elektroda arus sedangkan pengukuran tegangan yang terjadi diukur melalui elektroda beda potensial, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.11.

Gambar 2.12 Skema Dua Elektroda Arus Dan Potensial Terletak di Permukaan Tanah Homogen Isotropis dengan Tahanan Jenis ρ (Guenergar dkk., 2014).

29

Arus pada kedua elektroda (𝐶1 dan 𝐶2) tersebut sama tetapi arahnya berlawanan, maka potensial yang terjadi pada 𝑃₁ akibat adanya 𝐶₁ dapat dilihat pada persamaan 2.40. 𝑣₁ = − 𝐴1 𝑟1 (2.36) atau 𝐴1 = − 𝑖𝜌 2𝜋𝑟1 (2.37)

Demikian juga potensial yang disebabkan C2 dan P1 diperoleh pada persamaan 2.32. 𝑣2 = − 𝐴1 𝑟2 (2.38) atau 𝐴₂ = − 𝑖𝜌 2𝜋𝑟₂ (2.39)

(Tanda berlawanan disebabkan arus pada kedua elektroda sama tetapi arahnya berlawanan) sehingga potensial titik pada 𝑃₁ akibat arus 𝐶₁ dan 𝐶₂ akan diperoleh persamaan 2.44. 𝑣1+ 𝑣2 = 𝑖𝜌 2𝜋[( 1 𝑟1− 1 𝑟2)] (2.40)

Sehingga beda potensial pada titik 𝑃₁ dan 𝑃₂ diperoleh pada persamaan 2.41. v = 𝑖𝜌 2𝜋[( 1 𝑟1− 1 𝑟2) − ( 1 𝑟3− 1 𝑟4)] = 𝑖𝜌 𝐾 (2.41) 𝜌 = 𝑘𝑣 𝐼 (2.42) Atau k = 2𝜋 (1 𝑟1− 1 𝑟2)− ( 1 𝑟3− 1 𝑟4) (2.43)

30 Keterangan: 𝜌 = Nilai resistivitas (Ωm) 𝑘 = Faktor geometri (m) 𝑟₁ = Jarak 𝐶₁𝑃₁ (m) 𝑟2 = Jarak 𝐶2𝑃1 (m) 𝑟₃ = Jarak 𝐶₁𝑃₂ (m) 𝑟₄ = Jarak 𝐶₂𝑃₂(m)

Nilai resistivitas pada persamaan 2.42 termasuk dalam nilai resistivitas semu yang diperoleh dari hasil pengukuran di lapangan. Nilai resistivitas sebenarnya dapat diperoleh dengan melakukan suatu proses perhitungan inversi dan pengolahan data.

2.2.9 Konsep Resistivitas Semu

Pengukuran menggunakan metode geolistrik tahanan jenis didasarkan pada dianggap bahwa bumi mempunyai sifat homogen isotropis. Tahanan jenis yang terukur di lapangan merupakan tahanan jenis yang sebenarnya dan tidak tergantung pada spasi elektroda. Namun pada kenyataannya bumi tersusun atas komposisi litologi batuan yang heterogen dengan nilai tahanan jenis yang berbeda-beda, sehingga hasil potensial yang terukur merupakan pengaruh dari lapisan-lapisan tersebut. Karenanya, harga resistivitas yang diukur seolah-olah merupakan harga resistivitas untuk satu lapisan saja. Nilai resistivitas yang terukur sebenarnya merupakan resistivitas semu. Konsep resistivitas semu satu lapis dapat di tunjukkan pada Gambar 2.12 dan konsep resistivitas semu untuk dua lapis dapat di tunjukkan pada Gambar 2.13. Resistivitas semu dapat diselesaikan pada persamaan 2.44 (Wijaya, 2015). 𝜌_𝑎 = 2𝜋 [(_𝑟1 1− 1 𝑟2) − ( 1 𝑟3− 1 𝑟4)] ∆𝑣 𝑖 (2.44) 𝜌_𝑎 = 𝑘∆𝑣 𝑖 (2.45)

31 𝑘 = 2𝜋 [(_𝑟1 1− 1 𝑟2) − ( 1 𝑟3− 1 𝑟4)] (2.46)

Gambar 2.13 Konsep Dasar Resistivitas Semu.

Dimana k adalah faktor geometri yaitu: besaran koreksi letak kedua elektroda potensial terhadap letak elektroda arus. Berdasarkan Prasetio beberapa hal yang mempengaruhi nilai resistivitas semu adalah sebagai berikut (Hurriyah & Jannah, 2017):

1. Ukuran butir mineral penyusun batuan, semakin kecil ukuran butir maka kelolosan arus akan semakin baik.

2. Komposisi mineral dari batuan, semakin meningkat kandungan mineral clay akan mengakibatkan menurunnya nilai resistivitas.

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.

2.2.10 Konfigurasi dipole-dipole

Metode geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, salah satunya adalah konfigurasi dipole-dipole. Konfigurasi dipole-dipole sering digunakan dalam eksplorasi geolistrik dengan susunan jarak antar elektroda sama panjang seperti terlihat pada Gambar 2.15.

32

Gambar 2. 14 Konfigurasi Dipole-Dipole.

Pada prinsipnya konfigurasi dipole-dipole menggunakan 4 buah elektroda, yaitu pasangan elektroda arus yang disebut current dipole C1C2 dan pasangan elektroda potensial yang disebut potensial dipole P1P2. Pada konfigurasi dipole-dipole, elektroda arus dan elektroda potensial bisa terletak tidak segaris dan tidak simetris. Untuk menambah kedalaman penetrasi maka jarak current dipole dan potensial

dipole diperpanjang, sedangkan jarak elektroda arus dan elektroda potensial dibuat

tetap. Hal ini merupakan keunggulan konfigurasi dipole-dipole dibandingkan dengan konfigurasi Wenner atau Schlumberger, karena tanpa memperpanjang kabel bisa mendeteksi batuan yang lebih dalam. Konfigurasi dipole-dipole lebih banyak digunakan dalam eksplorasi mineral dan bahan-bahan tambang dengan kedalaman yang relatif dangkal. Hasil akhir dipole-dipole berupa penampang, baik secara horizontal maupun vertikal (Saputro, 2010).

Untuk tiap konfigurasi dalam metode resistivitas memiliki faktor geometri dan tiap konfigurasi memiliki faktor geometri yang berbeda. Faktor geometri konfigurasi

dipole-dipole pada persamaan 2.47.

k = 2𝜋 (_𝑟11−_𝑟21)− (_𝑟31−_𝑟41) k = 2𝜋 (_𝑟11 − _𝑟21−_𝑟31+_𝑟41) k = 2𝜋 (_{(𝑎(𝑛+2))}1 − 1 𝑎(𝑛+1)− 1 𝑎(𝑛+1)+ 1 𝑛𝑎) k = 2𝜋 (1_𝑛+_{(𝑎(𝑛+2))}1 − _𝑎(𝑛+1)2 )(_𝑎1) k = 2𝜋𝑎 (1_𝑛+_{(𝑎(𝑛+2))}1 − _𝑎(𝑛+1)2 )(_𝑎1)

33 k = 2𝜋𝑎 {1(𝑛)(𝑛+1)−2(𝑛)(𝑛+2)+(𝑛+1)(𝑛+2)_{(𝑛)(𝑛+1)(𝑛+2)} } k = 2𝜋𝑎 {𝑛2+𝑛−2𝑛2−4𝑛+𝑛2+2𝑛+𝑛+2_{(𝑛)(𝑛+1)(𝑛+2)} } k = 2𝜋𝑎 {𝑛+𝑛+2𝑛−4𝑛+𝑛2+𝑛2−2𝑛2+2_{(𝑛)(𝑛+1)(𝑛+2)} } k = 2𝜋𝑎 {4𝑛−4𝑛+2𝑛2−2𝑛2+2_{(𝑛)(𝑛+1)(𝑛+2)} } K = 2𝜋𝑎 {_{(𝑛)(𝑛+1)(𝑛+2)}2 } K = 2𝜋𝑎(𝑛)(𝑛+1)(𝑛+2) 2 K = 𝜋𝑎(𝑛)(𝑛 + 1)(𝑛 + 2) (2.47)