Abstrak—Telah Dilakukan percobaan Geofisika berjudul Metode Self Potensial dengan tujuan untuk menganalisa aliran fluida bawah permukaan tanah di taman alumni ITS, mengenalkan prinsip dan cara kerja alat yang dipakai dalam metode self potensial, memperoleh gambaran struktur lapisan bawah permukaan bumi dari variasi distribusi tegangan statis yang terukur, dan berdasarkan hasil intrepetasi dan data geologi daerah eksplorasi , dapat ditentukan daerah-daerah prospek ditempat tersebut, yang sesuai dengantujuan eksplorasi. Proses ini dimulai pada tahap akuisisi data dengan menetukan 6 line sepanjang 40 meter dan dengan spasi 4 meter. Pengukuran dilakukan setiap 4 meter terdapat porouspot, Pengukuran dilakukan dengan menggunakan 1 set alat metode SP, diantaranya, 6 buah porouspot, kabel penjepit, 3 buah palu geologi, multimeter, meteran, larutan CuSO4 dan prouspot,pengolahan data menggunakan Software Surfare Hasil pengolahan data adalah berupa kontur Self Potensial dengan warna yang berbeda, dimana setiap warna menggambarkan anomali tertentu. Dapat disimpulkan bahwa tanah bawah permukaan lapangan Taman Alumni ITS memiliki beda potesial terkecil yaitu -20mV dan yang terbesar adalah 30mV. Anomali yang didapatkan pada percobaan ini yaitu adanya zona merah dan hijau, dimana adanya daerah dengan warna merah karena adanya bekas bangunan pada daerah tersebut, sedangkan daerah hijau karena dulunya ITS merupakan daerah rawa sehingga adanya kelembapan pada tanah tersebut.
Kata Kunci—PorousSpot,Self Potensial, Surfer
I. PENDAHULUAN
alam mempelajari ilmu fisika terutama bidang kelistrikan dan kemagnetan belum lengkap jika tanpa mengetahui aplikasi dari ilmu tersebut , sementara itu untuk mengetahui apa kandungan dalam tanah kita memerlukan salah satunya yaitu ilmu dasar kelistrikan, maka dari itu dimanfaatkannya ilmu dasar kelistrikan tersebut dalam aplikasi menentukan kandungan bawah tanah dengan metode self potensial.
D
Metode geolistrik merupakan bagian dari metode fisika yang bertujuan untuk mengetahui apa yang ada di bawah permukaan dengan pendekatan ilmu fisika dan kebumian. Metode geolistrik sendiri merupakan metode yang mengukur sifat kelistrikan batuan di bawah permukaan dan bagaimana
cara menangkapnya di permukaan. Metode geolistrik terbagi menjadi beberapa metode, antara lain metode resistivitas, induksi polarisasi, self-potensial dan metode mise-ala-mase. Pada praktikum kali ini digunakan metode self potensial. 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.
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 temperature pada permukaan cairan, serta gejala alam lainnya. Pada proses mekanik dihasilkan potensial difusi (liquid-junction), potensial shale dan potensial mineralisasi[3].
Gambar 1. Mekanisme Polarisasi pada Mineral
Pada mulanya metode potensial diri digunakan untuk menentukan daerah yang mengandung mineral logam.
Metode Self Potensial untuk Analisa Aliran
Fluida Analisa Bawah Permukaan Tanah di
Taman Alumni ITS
Muhamad Rizki Romadhoni,Silvia Lestari , Nurul Huda
Departemen Fisika, Fakultas Ilmu Alama, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
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 tanah. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi sehingga anoda merupakan sumber arus sulfide yang berada di bawah tanah. Sulfida mengalami oksidasi dan reduksi yang akibat reaksi H2O dan O2 di dalam tanah[1].
Secara teknis prinsip kerja metode potensial diri adalah 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[2].
Jika sebuah elektroda ditancapkan ke tanah sebagai elektroda potensial, 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 penelitian panas bumi, karena pada umumnya reservoir panas bumi berisi fluida panas yang mengandung mineral-mineral sulfida yang bersifat konduktif[2].
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[2].
Dalam mengamati Self Potential suatu permukaan dapat dilakukan 2 cara. Pertama dengan menggunakan metode Gradien dan Medan total. Metode gradien yakni metode dengan mengukur pada setiap titik dengan jarak yang sama pada satu lane dengan acuan titik yang berbeda. Sedangkan pada metode Medan total dengan menggunakan satu acuan titik saja dan digunakan jarak tertentu pada satu lane[3].
Gambar 2. Pemodelan metode gradien dan metode potensial amplitudo
Beda potensial alami (background potential) ini akan muncul akibat beberapa hal yaitu :
Aliran Fluida, aliran fluida ini juga dikontrol oleh suhu, baik akibat cuaca, suhu permukaan maupun suhu bawah permukaan dari mediumnya.Aktivitas bioelektrik akibat organisme (tumbuhan), biasanya diakibatkan oleh proses penyerapan air oleh akar tumbuhan berupa penerapan ion-ion negatif.Konsentrasi larutan elektrolit pada air tanah, yaitu berpindahnya ion-ion dalam larutan elektrolit pada air bawah permukaan untuk mencapai kesetimbangan atau akibat pengaruh dari luar.Reaksi geokimia lain, yaitu reaksi reduksi dan oksidasi (redoks) pada zona mineralisasi.Nilai potensial yang dihasilkan akan bervariasi, namun secara umum nilainya kurang dari 100 mV. Nilai yang terukur dapat berupa negatif atau positif[3]
lebih dari dua geologi memberikan pengaruh besar pada anomaly SP baik itu kenaikan atau penurunan yang saling melapisi. Interperetasi selanjutnya adalah bagaimana memperkirakan bentuk dari biji besi dibandingkn dengan bentuk geometri yang telah diketahui berbentuk bola atau silinder dengan asumsi arah polarisasi[3].
II.METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah gps untuk menentukan koordinat lokasi, meteran untuk alat ukur, tiga buah palu geologi untuk membuat lubang tempat di taruhnya porous spot, enam buah porous pots untuk elektroda nonpolarisasi, kabel, larutan CuSo4 dan dua buah
multimeter.
B. Skema akuisisi data
Gambar 3. Desain Pengukuran Self-Potential
C.Cara Kerja
Langkah pertama percobaan yang dilakukan untuk pengambilan data adalah ditentukan lokasi untuk pengambilan data yang terletak di samping gedung Taman Alumni ITS .Sebanyak 6 lintasan yang sejajar dengan panjang 48 meter dengan spasi antar line sebesr 4 meter dan spasi prousspot 4 meter. Selanjutnya, dilakukan pengambilan data pada setiap lintasan. Pada lintasan yang pertama dan kedua hingga ke enam dilakukan penggalian tanah untuk menanam porous pots yang berpindah setelah pengambilan data. Lalu di tuangkan CuSo4 ke porous pots. Lalu pada tiap lintasan dilakukan pengambilan data yang dengan menggunakan GPS untuk mencatat nilai koordinat x dan y di tiap titik setiap 4 meter. Langkah selanjutnya dilakukan penanaman porouspot dan dihitung beda potensial dengan menggunakan multimeter yang disediakan. Saat penanaman porouspot di usahakan porous pots tetap diam dengan cara tanah dibuat padat,. Data yang didapat berupa besar beda potensial.
Setelah pengambilan data di lapangan selesai dilakukan, maka langkah selanjutnya adalah mengolah data yang telah di catat untuk di salin di excel. Selanjutnya data tersebut di lakukan pengolahan menggunakan Software pengolah data bernama Surfer8. Software tersebut berfungsi untuk mengolah data secara kualitatif yang berupa angka-angka untuk di ubah dalam bentuk gambar anomaly anomaly.Selanjutnya, dari anomaly tersebut dibuat visualisasi sedemikian rupa, sehingga dapat dibedakan anomaly-anomali yang ada di dalam tanah.Ham ini akan mempermudah proses identifikasi anomaly yang berada di dalam tanah.
D.Flow Chart
Gamabar 4. flow chart
E. Persamaan
Untuk mengolah data beda potensial yang didapat, digunakan persamaan berikut :
Vkoreksi harian = Vrover - Vbase (1)
ΔH = Vkoreksi harian + V lintasan (2)
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pembahasan
Telah dilakukan analisa bawah permukaan lapangan taman alumni ITS dengan menggunakan metode Self Potensial
Adapun data yang di peroleh dari percobaan ini ditanpilkan Start
Mempersiapkan peralatan dan bahan yang di gunakan
Membuat lubang untuk tempat porous pot
Mengkalibrasi Porous pot
Mencatat posisi lintang dan bujur pada titik pengukuran dengan GPS
Menentukan titik base station Menentukan letak 6 line sejauh 40m spasi 4m
Melakukan pengukuran tegangan Base Station setiap 10
menit
Melakukan Pengukuran tegangan setiap 4 m
Mencatat data tegangan yang terbaca oleh multimeter
Mencatat data tegangan yang terbaca oleh multimeter
Apakah Sudah melakukan di semua titik di 6
line?
Melakukan pengolahan data dengan Sotware
Surfer
pada lampiran.Dari hasil tabel yang dilampirkan dilakukan pengolahan data dengan menggunakan software aplikasi Surfer. Interpretasi data dilakukan untuk mengetahui anomali pada bawah tanah. Surfer merupakan software yang digunakan untuk menampilkan kontur sehingga di dapat tampilan pada gambar 5.
Gambar 5. Kontur yang diperoleh
Percobaan ini dilakukan di taman alumni ITS , percobaan dimulai pukul 13.00 dan di akhir pada pukul 15.00. Letak tempat percoban secara jelas ditunjukan di gambar 3. Metode pengambilan data pada metode self-potential ini adalah metode gradient. Metode ini menggunakan dua elektroda yang dipindahkan secara bergantian sesuai dengan arah lintasan yang dipakai. Elektroda dibagi menjadi dua fungsi yaitu elektroda base dan elektroda rover. Pada elektroda base
difungsikan sebagai elektroda tetap yang ditanam dipermukaan tanah kemudian dihubungkan dengan
multimeter. Sedangkan elektroda rover difungsikan sebagai elektroda bergerak sehingga berpindah ke titik pengukuran secara berurutan sepanjang lintasan yang dihubungkan ke
multimeter. Digunakan 6 lintasan sepanjang 48 meter dengan jarak antar lintasan adalah 4 meter serta jarak antar porous pot pada masing-masing lintasan adalah 2 meter. Kemudian data beda potensial yang didapat diolah dengan persamaan 1 dan 2 pada Ms.Excel, lalu diinterpretasikan dengan software surfer
Percobaan ini didapat data berupa beda potensial. Beda potensial ini merupakan hasil potensial alami dari dua titik itu sendiri yang berasal dari proses aktifitas elektrokimia ataupun elektrokinetik . Potensial ini berhubungan dengan pelapukan pada tubuh mineral, kandungan mineral, aktivitas biolistrik pada bahan organik, proses korosi, gradien tekanan panas pada permukaan cairan, aliran fluida, dan fenomena alam lain dari alam. Dimana proses mekanik menghasilkan potensial elektrokinetik (streaming potential) contohnya seperti aliran fluida dan proses elektrokimia yang menghasilkan potensial
liquid junction , contohnya yaitu polarisasi mineral hingga
menghasilkan elektrokimia, atau namanya potensial mineralisasi. Setiap lapisan bumi terdapat porositas yang berbeda karena adanya mineral yang berbeda dalam tanah yang disebabkan proses pengendapan tanah hingga menjadi batuan. Sehingga pada percobaan ini didapat beda potensial dengan mengukur beda potensial yang ada pada porous pot
yang berisi larutan CuSO4. Menggunakan CuSO4 ini berguna
agar elektroda menjadi nonpolarisasi karena jika menggunakana elektroda plus dan minus maka potensial di titik tersebut tidak bisa diketahui karena akibat dari polarisasi elektroda sehingga muatan terkutubkan dan potensial alami menjadi tidak terbaca atau sudah berubah akibat terpolarisasinya muatan, Proses didapatnya beda potensial yaitu ketika larutan menembus pori-pori dari porous pot
menuju dalam tanah akan menabrak fluida-fluida di dalam tanah dan akan bergerak dan menghasilkan arus serta beda potensial terbaca pada multimeter
Dari gambar 5, dapat ketahui bahwa terdapat warna biru, dengan potensial negatif hal ini mengindikasikan adanya sumber air, namun sumber air yang terlihat pada gambar data hanya sedikit sekali, hal ini karena waktu penelitian yang sudah siang dilain itu pengambilan data dilakukan saat musim kemarau, sehingga mempengaruhi kelembapan. Kemudian terdapat warna merah dimana potensialnya paling besar, dimana hal ini mengindikasi bahwa pada daerah deengan warna merah ini terjadi pengumpulan aliran fluida, kemudian terdapat warna hijau yang memiliki potensial diantara warna biru dan merah, hal ini mengindikasi daerah hijau merupakan daerah resapan air, sehingga aliran fluida yaitu berasal dari daerah warna biru, kemudian ke daerah warna hijau yang merupakan daerah resapan air, lalu ke daerah warna merah yang merupakan akumulasi atau tempat fluida terakumulasi. Anomali yang didapatkan pada penelitian ini yaitu adanya zona merah dan hijau, dimana adanya daerah dengan warna merah karena adanya bekas bangunan pada daerah tersebut, sedangkan daerah hijau karena dulunya ITS merupakan daerah rawa sehingga adanya kelembapan pada tanah tersebut..
IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ferum Mahendra, Markus, Burhan Indriawan.2013. ”Pemetaan Permukaan Bawah Tanah di Taman Perpustakaan UNM dengan Metode Geolistrik Potensial Diri”. Malang:Universitas Negeri Malang. [2] Moore, J.R., John W., Sanders John J.C., and Steven D.G.
2011.”Self-Potential Investigation Of Moraine & Seepage”. New York: Cambridge University Press.
