commit to user BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Metode Geolistrik Resistivitas
Metode geolistrik resistivitas adalah metode eksplorasi geofisika yang memanfaatkan sifat resistivitas medium yang berada di bawah permukaan bumi.
Bumi tersusun atas lapisan-lapisan tanah yang nilai resistivitasnya berbeda-beda dengan nilai resistivitas lapisan-lapisan tanah atau batuan lainya (Bulkis dan Teti, 2008).
Gambar 2.1. Prinsip kerja Metode Resistivitas (Todd dalam Sudaryo dan Rohima, 2008)
Prinsip kerja dari metode resistivitas adalah dengan menginjeksikan arus ke bawah permukaan bumi sehingga diperoleh beda potensial, kemudian akan didapat informasi mengenai resistivitas batuan yang menggunakan persamaan 2.16 dan terlihat pada gambar 2.1 elektroda A dan B, arus mengalir (Current flow) pada elektroda A yang bermuatan positif menuju kearah elektroda B yang bermuatan negatif. Elektroda lainnya yaitu M dan N digunakan untuk mengukur tegangan (Voltage). Inti dari metode geofisika adalah untuk menganalisis gambaran nyata tentang geologi bawah permukaan dari suatu wilayah tertentu.
5
commit to user
Penelitian resistivitas telah menunjukkan kegunaan geolistrik untuk menggambarkan susunan litologi di bawah permukaan (Enzomo, 2011).
2.1.1. Konsep Resistivitas Semu
Pengukuran metode geolistrik resistivitas adalah salah satu metode geofisika untuk menyelidiki struktur bawah permukaan berdasarkan perbedaan resistivitas batuan. resistivitas batuan sendiri bervariasi menurut jenis batuan, porositas, dan kandungan fluida.
Dapat diketahui resistansi listrik suatu bahan R dari suatu konduktor silinder akan berbanding langsung dengan panjang L dan sebanding terbalik dengan luas penampang A, yaitu :
𝑅 = 𝜌 𝐿
𝐴 2.1 Dimana 𝜌 adalah konstanta kesebandingan yang dikenal sebagai tahanan jenis listrik yang merupakan karateristik dari matrial (Ωm), R adalah resistivitas (Ω), L adalah panjang matrial (m) dan A adalah luas penampang matrial (m2).
Sesuai dengan hokum ohm nilai resistansi atau resistivitas suatu bahan yaitu:
𝑅 = 𝛥𝑉
𝐼 2.2 Dimana 𝛥𝑉 adalah beda potensial, R resistansi dan I adalah arus listrik yang melewati resistansi. Dari persamaan (2.1) dan (2.2) diperoleh persamaan :
(Zohdy, 1980) 𝜌 = 𝐴
𝐿 𝛥𝑉
𝐼 (2.3) Persamaan di atas dipergunakan untuk matrial yang homogen, sehingga hasil yang didapat adalah resistivitas yang sesungguhnya (Zohdy, et all., 1980).
Dalam prakteknya, obyek yang diukur adalah bumi atau tanah tidak homogen. Karena resistivitasnya tidak sama, sehigga nilai resistivitasnya yang terukur merupakan resistivitas semu. Nilai resistivitasnya semu tergantung pada nilai resistivitas tiap lapisan, pembentuk formasi geologi dan jarak elektroda.
Untuk mendapat resistivitasnya batuan di bawah permukaan tanah suatu pendekatan yang mengasumsikan bahwa bumi sebagai medium yang homogen
commit to user
isotropis atau medium yang sama dapat digunakan. Sesuai dengan pendekatan ini jika arus listerik dengan rapat arus J dialirikan ke dalam bumi, maka arus tersebut akan menyebar ke segala arah dengan sama besar
Hubungan antara rapat arus dan medan listrik E yang dinyatakan dalam hukum ohm:
𝑱 = 1
𝜌𝑬 (2.4) Dimana E adalah medan listrik dan J adalah rapat arus, secara umum dapat dinyatakan : (Zohdy, 1980).
𝜌 =𝑬
𝑱 (2.5) Dalam kondisi homogen isotropis, potensial disuatu titik yang ditimbulkan oleh aliran arus hanya ditemukan oleh jarak r dari sumber arus ke titik pengukuran. Pada sistem ini bila potensialnya berkurang sepanjang r, maka besarnya medan listrik E adalah :
𝑬(𝑟) = −∇V (2.6) Atau :
𝑬(𝑟) = −dV
dr
Diamana V adalah potensial dalam Volt. Karena A adalah setengah bola dengan persamaan :
𝐴 = 2𝜋r2 (2.7) Maka :
𝑱 = 𝑰
2𝜋r2 r (2.8) 𝝈𝑬 = −𝜍dV
dr 𝑰
2𝜋r2 = −1 𝜌
dV
dr 𝑑𝑉 = − 𝜌𝑰
2𝜋r2dr Selanjutnya
commit to user 𝑑𝑉 = −𝜌𝑰
2𝜋 1
r2dr Diperoleh :
𝑉 = − 𝜌𝑰
2𝜋r+ C (2.9) Luasan setengah bola dipergunakan dalam perhitungan ini karena untuk bumi yang homogen dan isotropis berarti tidak ada lapisan lain selain bidang batas antara tanah dan udara. Udara mempunyai hantaran jenis nol atau resistivitas tak berhingga, sehigga arus hanya akan mengalir ke dalam bumi.
Berdasarkan persamaan (2.10) tampak bahwa permukaan equipotential berupa permukaan bola (gambar 2.2). Sedangkan garis aliran arus dan medan listriknya berupa lingkaran berarah radial (Telford, 1990).
𝑉 = 𝐼𝜌 4𝜋 𝐼
𝑟 (2.10) Luas permukaan bola A = 4 𝜋 r2
Gambar 2.2. Titik sumber arus terletak di dalam medium homogen (Telford dkk, 1990)
Bidang ekuipotensial (equipotential), yang mana selalu tegak lurus dengan garis-garis aliran arus (Current Flow) listrik akan berbentuk permukaan bola dengan r adalah konstan.
Jika elektroda titik yang mengirimkan arus ditempatkan di permukaan medium homogen isotropis, sebagai model bumi sederhana dan udara di atasnya mempunyai konduktivitas nol, maka potensialnya adalah:
commit to user 𝑉 = 𝐼𝜌
2𝜋 𝐼
𝑟 (2.11) Persamaan 2.11 berlaku untuk bidang ekuipotensial yang merupakan permukaan setengah bola.
Gambar 2.3. Titik sumber arus di permukaan medium homogen
Pada gambar 2.3 diasumsikan bahwa tampak model bumi sederhana bidang ekuipotensialnya berupa permukaan setengah bola = 2𝜋𝑟 sedangkan garis aliran arus listriknya pada arah radial dan dapat dilihat bahwa aliran arus listrik selalu tegak lurus terhadap permukaan equipotensial.
Gambar 2.4. Susunan elektroda arus dan potensial dalam Pengukuran resistivitas Pada gambar 2.4 diasumsikan disuatu tempat permukaan bumi terdapat dua titik sumber arus, yang dialirkan melalui elektroda A dan B, maka beda potensial antara dua titik yang terletak di antara elektroda arus dapat diketahui dengan pengukuran potensial pada elektroda M dan N.
Potensial di sembarang titik elektroda oleh arus ganda merupakan jumlahan potensial dua elektroda arus tunggal yaitu r1 dan r2, maka dengan
Permukaan tanah
Sumber Arus
Aliran Arus
Bidang ekipotensial
V I
A M N B
r1 r2
r3 r4
commit to user
menggunakan persamaan 2.4, potensial di titik M oleh arus yang melewati elektroda A dan B adalah:
𝑉𝑀 = 𝐼𝜌 2𝜋
1 𝑟1− 1
𝑟2 (2.12) Sama halnya potensial di titik N adalah:
𝑉𝑁 = 𝐼𝜌 2𝜋
1 𝑟3− 1
𝑟4 (2.13)
Dengan demikian beda potensial antara titik M dan N adalah:
∆𝑉 = 𝑉𝑀− 𝑉𝑁 = 𝐼𝜌 2𝜋
1 𝑟1− 1
𝑟2 − 1 𝑟3− 1
𝑟4 (2.14) Tahan jenis 𝜌 medium menjadi:
𝜌 = 2𝜋
1 𝑟1− 1
𝑟2 − 1 𝑟3 − 1
𝑟4
𝛥𝑉
𝐼 (2.15)
𝜌 = 𝐾 𝛥𝑉
𝐼 (2.16) (Zohdy, 1980) Parameter yang didapatkan adalah beda potensial antara dua elektroda (ΔV), arus listrik antara dua elektroda (I), dan resistivitas semu (ρ).
Dimana K merupakan factor geometri dari susunan atau konfigurasi elektroda yang digunakan dalam pengukuran
Pada medium homogen isotropis, nilai resistivitas yang diperoleh dari persamaan-persamaan di atas merupakan nilai resistivitas yang sebenarnya.
Sedangkan pada medium tidak homogen anisotropis, bahwa bumi pada kenyataanya mempunyai struktur yang berlapis-lapis, terutama di dekat permukaan tanah, nilai resistivitas yang terhitung dari persamaan-persamaan di atas adalah resistivitas semu.
commit to user 2.1.2. Konfigurasi Schlumberger
Pengukuran sounding adalah pengukuran bawah permukaan tanah yang bertujuan untuk mengetahui sebaran titik geolistrik secara vertikal ke bawah tanah, konfigurasi yang tepat untuk digunakan adalah konfigurasi Schlumberger.
Konfigurasi Schlumberger diasumsikan M dan N digunakan sebagai elektroda potensial, A dan B sebagai elektroda arus. Untuk konfigurasi elektroda Schlumberger, jarak elektroda arus jauh lebih besar dari jarak elektroda potensial.
Secara garis besar aturan elektroda ini dapat dilihat pada gambar 2.5, sehingga diketahui bahwa jarak antar elektroda arus adalah AB/2, sedangkan jarak antar elektroda potensial adalah MN/2.
Gambar 2.5. Aturan konfigurasi Schlumberger
Pendugaan geolistrik sounding dilakukan untuk memperolehan data penelitian dengan menggunakan konfigurasi elektroda schlumberger dengan variasi bentangan arus (AB/2) dari 1,5 sampai 400 m dengan bentangan elektroda potensial (MN/2) dengan variasi bentangan 0,5 sampai 50 m.
𝐾 = 2𝜋
1 𝐴𝐵
2
− 1
𝑀𝑁 2
− 1 𝐴𝐵
2
+ 1
𝑀𝑁 2
− 1 𝐴𝐵
2
+ 1
𝑀𝑁 2
+ 1 𝐴𝐵
2
− 1
𝑀𝑁 2
(2.17)
𝐾 = 2𝜋
2 1 𝐴𝐵/2 −
1
𝑀𝑁/2 − 2 1 𝐴𝐵/2 +
1 𝑀𝑁/2
(2.18)
𝐾 = 𝜋
1 𝐴𝐵/2 −
1
𝑀𝑁/2 − 1 𝐴𝐵/2 +
1 𝑀𝑁/2
(2.19)
commit to user 𝐾 = 𝜋 𝐴𝐵
2 − 𝑀𝑁
2 − 𝐴𝐵
2 + 𝑀𝑁
2 2 𝑀𝑁
2
(2.20)
𝐾 = 𝜋 𝐴𝐵 2
2
− 𝑀𝑁 2
2
2 𝑀𝑁 2
(2.21)
Setelah K diketahui maka dimasukkan kedalam persamaan 2.16 didapatkan resistivitas semu 𝜌 menjadi :
𝜌 = 𝜋 𝐴𝐵 2
2
− 𝑀𝑁 2
2
2 𝑀𝑁 2
𝛥𝑉
𝐼 (2.22) Pada konfigurasi schlumberger elektroda arus adalah AB/2 dan elektroda potensial adalah MN/2.
2.1.3. Porositas dan Permeabilitas Suatu Batuan
Porositas bergantung pada bentuk dan susunan partikel individu serta ukuran pori-pori terlihat pada gambar 2.6 (a) Porositas, dimana warna biru menunjukkan air menempati ruang dan warna putih menunjukan susunan batuan dalam suatu volume. Porositas adalah perbandingan ruang dan seluruh volume pada batuan.
(a) (b)
Gambar 2.6. (a) Porositas dan (b) Permeabilitas (Ralph C, 1983) Ruang
Volume
Air
commit to user
Gambar 2.6 (b) Permeabilitas menunjukan sifat suatu bahan atau material khususnya batuan yang mampu untuk meloloskan air. Diasumsikan warna putih adalah susunan batuan yang dialiri air berwarna biru melalui celah-celah atau retakan-retakan batuan. Jumlah air tanah yang dapat di simpan dalam batuan dasar, sedimen dan tanah sangat bergantung pada permeabilitas (Wuryantoro, 2007). Adapun besarnya porositas dan permeabilitas untuk beberapa jenis batuan dapat dilihat dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1. Kisaran nilai porositas dan permeabilitas berbagai batuan (verhoef dalam Lean, 2009)
Batuan Porositas (%) Permeabilitas (cm/jam)
Lempung 45 - 55 0,0008
Lanau 35 - 45 0,0008
Pasir 35 - 40 10,42 -187,5
Kerikil 30 - 40 625 - 1875
Batugamping 1 - 10 3,93
Tufan 30 - 65 0,83
Lumpur 55 - 65 < 0,0008
Parameter yang dipakai dalam penelitian ini adalah pasir dengan lempung, dimana terlihat pada tabel 2.1 lempung mempunyai porositas yang rendah dan pearmeabilitas tinggi sedangkan pasir mempunyai porositas tinggi dan
pearmeabilitas rendah.
2.2. Air Tanah (Ground Water)
Air tanah mengalir melalui suatu celah yang sangat kecil dan melalui butiran antar batuan. Batuan yang mampu menyimpan dan mengalirkan air tanah disebut akuifer. Media penyusun akuifer dapat berupa pasir, kerikil, batupasir, batu gamping dan rekahan (Lean, 2009).
commit to user
Gambar 2.7 Airtanah terletak pada aquifer tertekan (www.oldsaybrookct.org., 2011)
Air meresap kedalam tanah melalui Akuifer Bebas (Unconfined Aquifer) yaitu lapisan lolos air yang hanya sebagian terisi oleh sedikit air dan berada di atas lapisan kedap air, kemudian air menuju pada akuifer tertekan (Confined Aquifer) dapat juga disebut sebagai akuifer terkurung, dimana bagian atas dan bagian bawah dibatasi oleh lapisan kedap air yaitu lapisan yang tidak dapat meloloskan air sehingga banyak mengandung banyak air terlihat pada Gambar 2.7..
Keberadaan air tanah sangat tergantung besarnya curah hujan dan besarnya air yang dapat meresap kedalam tanah. Faktor lain yang mempengaruhinya adalah kondisi litologi batuan dan geologi setempat. Semua air di bawah permukaan tanah disebut sebagai air bawah tanah atau air bawah permukaan (Ralph C. 1983).
Terdapat beberapa jenis air tanah sabagai berikut : 2.2.1. Air Tanah Dangkal
Air tanah yang berada di antara muka bumi hingga lapisan kedap air impermiabel dinamakan air tanah dangkal atau air tanah bebas, terjadi karena daya proses peresapan air dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan, demikian pula dengan sebagian bakteri, sehingga air tanah akan jernih tetapi lebih banyak mengandung zat-zat kimia. Lapisan tanah berfungsi sebagai saringan awal.
commit to user
Disamping penyaringan, pengotoran juga masih terus berlangsung, terutama pada muka air yang dekat dengan muka tanah, setelah menemui lapisan rapat air, air yang terkumpul merupakan air tanah dangkal dimana air tanah ini dimanfaatkan sebagai air minum melalui sumur-sumur dangkal. Air tanah dangkal terletak pada akuifer dangkal, akuifer dangkal yaitu akuifer terdapat pada kedalaman kurang dari 50 meter yang merupakan akuifer tak tertekan (Sapari, 2006).
2.2.2. Air Tanah Dalam
Air tanah dalam terletak di antara dua lapisan impermeable, terdapat setelah lapis rapat air yang pertama. Bila orang membuat sumur dan sumber airnya berasal dari air tanah dalam, maka sumur tersebut dinamakan sumur artesis.
Pengambilan air tanah dalam, tidak semudah pada air tanah dangkal. Dalam hal ini harus digunakan bor dan memasukkan pipa ke dalamnya untuk mendapatkan suatu lapis air.
Kualitas air tanah dalam pada umumnya lebih baik dari air dangkal, karena penyaringanya lebih sempurna dan bebas dari bakteri. Air tanah dalam terletak pada akuifer dalam, akuifer dalam yaitu akuifer terdapat pada kedalaman lebih dari 50 meter merupakan akuifer tertekan yang dibatasi oleh dua lapisan kedap air impermeable pada bagian atas dan bawahnya (Sapari, 2006).
.
2.4 Tinjauan Geologi Daerah Penelitian
Daerah Bandara Adi Soemarmo sacara geografis terletak pada posisi geografis Elevasi : 128 m dan Koordinat : 7° 30′ 57,92″ LS, 110° 45′ 24,81″ BT.
Secara administrasi daerah Bandara Adi Soemarmo terletak di daerah Kecamatan Ngemplak, Kabupaten Boyolali, Jawa Tengah.
commit to user
Gambar 2.9. Peta geologi daerah penelitian dengan skala 1: 700.000 (Suroto, dkk., 1992)
Pada gambar 2.9 dari penjelasan peta geologi dapat diketahui jenis batuan di daerah Bandara Adi Soemarmo yaitu jenis Qvm yang merupakan batuan gunung api merapi, batuan gunung merapi tersusun atas breksi gunung api, lava dan tufaan. Sebagian daerah Ngemplak terdapat juga jenis batuan Qa yang merupakan alumuvium yang tersusun atas lempung, lumpur, lanau, pasir, kerikil, kerakal dan berangkal.
