APLIKASI METODE RESISTIVITAS PADA MEDIA REKAH KHUSUSNYA PADA KANTUNG AIR BAWAH TANAH
(Studi Kasus: Area Penambangan Grasberg, PT. Freeport Indonesia)
Oleh: Toddy Samuel
Program Studi Magister Teknik Air Tanah, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, ITB
Abstrak
Metode resistivitas adalah salah satu metode geofisika sudah banyak digunakan dalam investigasi air tanah. Resistivitas merupakan metode cepat, murah, tidak merusak lingkungan dan terbukti memberikan hasil yang menjanjikan dalam studi daerah karst (Mitrofan, 2008). Metode ini mampu mendefinisikan tipe akuifer, kedalaman, ketebalan dan lokasinya (Lashkaripour, 2003).
Kondisi geologi dan iklim di area penambangan Grasberg merupakan faktor penyebab kuantitas air yang tersimpan di bawah permukaan sangat besar. Sifat batuan berupa media poros, terdapat banyak rekahan menyebabkan terbentuknya kantung- kantung air sedangkan hujan terjadi hampir setiap hari, dengan curah hujan setiap tahunnya adalah 2500 mm – 4000 mm. Kuantitas air pada kantung air bawah tanah ini menyebabkan desain lereng pada area penambangan menjadi tidak optimal dari segi vertikalitas dikarenakan tekanan hidrostatik yang begitu besar. Vertikalitas lereng yang optimal menentukan efisiensi biaya penambangan.
Penggunaan metode resistivitas dengan berbagai konfigurasinya mampu mendeteksi keberadaan air bawah tanah pada daerah karst hingga kedalaman 350m. Salah satu konfigurasi yang dikenal adalah konfigurasi Wenner. Metode resistivitas akan lebih baik apabila dikombinasikan dengan metode lainnya, sehingga tujuan untuk mendeteksi keberadaan, geometri dan volume kantung- kantung air tersebut dapat tercapai.
Kata Kunci: Hidrogeologi, Geolistrik, Resistivitas, Karst, Kantung air, Grasberg.
Abstract
Resistivity method is one of the geophysical methods that are widely used in groundwater investigations. Resistivity methods are fast, low-cost and environmentally non destructive, they are proven to provide promising results in karst studies (Mitrofan, 2008). A resistivity survey was carried out in order to study groundwater conditions such as depth, thickness and location of the aquifer and the type of water. (Lashkaripour, 2003).
Geological and climate condition of Grasberg are cause to large amount of water quantity in the subsurface. The nature of the media as porous media, plus the highly number of fractures causing the formation of water pockets while rainfall occurs almost every day, with annual rainfall is 2500 mm – 4000 mm. The quantity of water in water pockets cause the slope design not optimum in terms of verticality due to massive hydrostatic pressure. Optimum verticality of the slope set the mining cost efficiency.
The use of resistivity method with variety of configurations capable of detecting the presence of underground water in karst areas, reaching a depth of 350m, one of the configurations known is wenner configuration. Resistivity method would be better if combined with other methods, so the purpose to detect the presence, geometry and volume of pockets of water can be achieved.
1. Pendahuluan
Area penambangan Grasberg merupakan salah satu jenis penambangan terbuka, yaitu penambangan dengan cara membuka lahan yang berbentuk lereng, semakin vertikal lereng tersebut maka biaya untuk membuka lahan semakin rendah. Stabilitas lereng sangat ditentukan oleh tekanan hidrostatik yang berupa tekanan pori pada batuan, semakin vertikal suatu lereng maka tekanan hidrostatik pada lereng harus semakin kecil. Tekanan hidrostatik pada lereng dipengaruhi oleh kuantitas air yang ada, pada kasus ini sebagian besar air berada pada kantung – kantung air bawah tanah, oleh karena itu untuk mengoptimalkan vertikalitas lereng maka proses dewatering kantung – kantung air bawah tanah sangat penting untuk dilakukan. Proses dewatering akan sangat efisien untuk dilaksanakan apabila keberadaan, geometri serta volume kantung – kantung air tersebut diketahui, untuk itu investigasi air tanah yang berfokus pada kantung – kantung air bawah tanah ini menjadi vital untuk dilakukan. Untuk menekan biaya investigasi air tanah, maka metode yang digunakan adalah metode resistivitas.
Metode resistivitas merupakan metode sederhana dan paling umum digunakan dalam pendugaan posisi akuifer air tanah. Metode resistivitas atau metode Direct Current (DC) Resistivity, merupakan metode cepat, murah, tidak merusak lingkungan dan terbukti memberikan hasil yang menjanjikan dalam studi daerah karst (Mitrofan, 2008). Metode geolistrik mampu mendefinisikan tipe akuifer, kedalaman, ketebalan dan lokasinya (Lashkaripour, 2003).
2. Kondisi Geologi dan Hidrogeologi
PT. Freeport Indonesia memiliki kontrak pertambangan tembaga dan emas di daerah Kecamatan Mimika Timur, Kabupaten Mimika, Propinsi Papua. Area kontrak ini seluas 10.000 Ha meliputi area 10 km x 10 km, dan memiliki ijin penggunaan area untuk sarana dan prasarana proyek seluas 1.630 km2, membujur dari Utara (lokasi penambangan) ke Selatan (Pelabuhan Amamapare). Lokasi tambang tembaga dan emas ini berada pada 04º03’30” - 04º11’30” LS dan 137º02’30”- 137º10’00” BT. Area kerja PT. Freeport Indonesia ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Lokasi Proyek PT. Freeport Indonesia
Gambar 2. Lokasi Pusat Penambangan PT. Freeport Indonesia
(Sumber: Hutasoit, dkk. 2010)
a. Setting Tektonik
Setting lempeng tektonik Pulau Papua telah diulas oleh beberapa ahli geologi, salah satunya Dow, dkk (1985), dan dapat dijadikan sebagai kerangka dalam menerangkan posisi dan sejarah tektonik. Konfigurasi tektonik Pulau Papua pada saat ini berada pada bagian tepi utara lempeng Australia, yang berkembang akibat adanya pertemuan antara lempeng Australia yang bergerak ke utara dengan lempeng Pasifik yang bergerak ke barat. Dua lempeng utama ini mempunyai sejarah evolusi yang diidentifikasi berkaitan erat dengan perkembangan sari proses magmatik dan pembentukan busur gunung api yang berasoisasi dengan mineralisasi emas phorpir dan emas epithermal. Perkembangan Tektonik Pulau Papua dapat dipaparkan seperti gambar berikut:
Gambar 3. Perkembangan Tektonik Pulau Papua
(Sumber: Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi Papua, 2004)
b. Stratigrafi
Lokasi penambangan PT. Freeport Indonesia terletak pada daerah Irian Jaya Mobile Belt yang merupakan bagian perbatasan antara lempeng Indo- Australia bagian Utara dengan lempeng Pasifik bagian Barat Laut. Lempeng Indo- Australia mengandung batuan klastik berumur mesozoik yang masuk ke dalam grup Kembelangan serta mengandung batuan karbonat yang berumur Cenozoic yang masuk ke dalam grup New Guinea Limestone.
Secara regional, stratigrafi di sekitar daerah penambangan bisa dibagi kedalam empat kelompok besar yang terdiri dari kelompok Kembelangan, kelompok New Guniea Limestone, kelompok Glacial Till dan kelompok Batuan Intrusi. (Gambar 4.).
1) Kelompok Kembelangan
Formasi Kopai (Jkk) yang berumur
Jurassic serta memiliki ketebalan sekitar 770 m, tersusun atas sandstone, siltstone dan black limestone.
Formasi Woniwagi (Jkkw) yang berumur
cretaceous dengan ketebalan sekitar 980 m, tersusun atas batupasir kuarsa yang berlapis selang- seling dengan mudstone.
Formasi Piniya (Kkp) yang berumur
cretaceous dengan ketebalan sekitar 600 m dan tersusun atas siltstone dan shale. Formasi Ekmai yang berumur cretaceous
dengan total ketebalan mencapai 700 m Batuan penyusun formasi ini dibagi menjadi tiga sub- kelompok yang terdiri dari:
o Lapisan paling bawah dengan tebal 600 m merupakan unit glauconitic sandstone (Kke).
o Lapisan tengah dengan tebal sekitar 100 m merupakan lapisan calcareous shale (Kkel).
o Lapisan paling atas merupakan lapisan yang tipis dengan ketebalan hanya 4 m merupakan lapisan penciri berupa black calcareous shale (Kkeh).
2) Kelompok New Guinea Limestone
Kelompok New Guinea Limestone terdiri dari empat formasi yang berurut dari tua ke paling muda adalah sebagai berikut:
Formasi Waripi (Tw), berumur paleocene
dengan ketebalan mencapai 300 m yang merupakan lapisan Mg dolomite dengan sisipan silt dan sand.
Formasi Faumai (Tf), berumur eocene
dengan ketebalan antara 120 – 150 m dan terdiri dari lapisan massive limestone.
Formasi Sirga (Ts), berumur olegocene dengan ketebalan 30 – 50 m yang tersusun oleh quartzone sandstone dengan semen berupa calcite, siltstone dan sandy limestone.
Formasi Kais (Tk), berumur oligocene –
pliocene dengan ketebalan mencapai 1.100 m yang terdiri dari empat bagian yaitu:
o Bagian tertua dengan ketebalan 300 – 350 m merupakan lapisan Mg limestone (Tk1), 30-50 m dari bagian lapisan ini merupakan lapisan yang sangat penting untuk penentuan unit hidrostratigrafi.
o Bagian kedua (Tk2) merupakan lapisan limestone, shale dan perulangan sandstone dengan ketebalan total lapisan mencapai 80 m.
o Anggota dari bagian yang ketiga (Tk3) dengan ketebalan kurang lebih 200 m merupakan occasional interbedded sandstone.
o Bagian paling muda dari formasi ini (Tk4) dengan ketebalan sekitar 500 m merupakan lapisan limestone dengan sisipan interbedded carbonaceous shale dan coal.
Area ini merupakan area terjadinya intrusi berkali- kali, sehingga kaya akan mineral. Komposisi mineral batuannya berupa diorite sampai quartz diorite yang berumur pliocene di sekitar daerah struktural pada litologi karbonat.
tubuh batuan beku yang ukurannya relatif kecil dibanding dengan batuan intrusi primer.
Gambar 4. Kolom Stratigrafi
(Sumber: PT. Freeport Indonesia op cit Sarosa, 2004)
Tubuh batuan intrusi merupakan bagian yang kering kecuali pada daerah- daerah yang tersesarkan dan daerah kontak dengan batuan karbonat yaitu di sekitar skarn yang terkekarkan dan hornfels yang merupakan daerah water-bearing.
Pada daerah intrusi vulkanik pengaruh hidrotermal akibat pemanasan oleh magma akan menyebabkan besarnya porositas dan tingginya permeabilitas batuan. Pengaruh hidrotermal ini tidak terjadi pada daerah DOZ dikarenakan terjadinya pengendapan anhydrite yang mampu menyumbat pori- pori batuan sehingga permeabilitas batuan lebih rendah dibandingkan daerah lainnya.
Pada daerah yang berlitologi batuan intrusif, bagian yang paling penting jika ditinjau secara hidrologi adalah bagian yang secara geoteknik memiliki nilai RQD mendekati nol. Pada lokasi penelitian bagian yang seperti ini biasanya disebut dengan Poker Chip Zone, merupakan bagian yang hampir tidak memiliki kandungan anhydrite.
Gambar 5. Peta Geologi Grasberg, PT. Freeport Indonesia
(Sumber: PT. Freeport Indonesia op cit Manik, 2007)
3. Metodologi
Prinsip umum dari metode resistivitas adalah: a. Arus listrik (I) diinjeksi dengan
menggunakan 2 elektroda (A, B).
b. Dua elektroda (M, N) lainnya mengukur beda potensial (V).
Teknik Pengukuran metode resistivitas:
a. Mapping: pengukuran untuk memperoleh informasi mengenai variasi resistivitas secara lateral.
b. Sounding: pengukuran untuk memperoleh informasi mengenai variasi resistivitas terhadap kedalaman (vertikal).
c. Imaging/tomografi: pengukuran untuk memperoleh informasi mengenai variasi resistivitas baik secara lateral maupun vertikal (2-D atau 3-D).
Teknik pengukuran metode resistivitas pada lereng penambangan Grasberg sangat khusus karena dilakukan secara vertikal mengikuti alur ketinggian lereng.
Alur penelitian pada area penambangan Grasberg dapat dilihat pada gambar 6..
Gambar 6. Diagram alur penelitian Konfigurasi umum yang digunakan adalah:
a. Schlumberger:
b. Wenner
c. Pole- pole
d. Pole- dipole
4. Review Paper
Telah banyak hasil penelitian tentang geolistrik/ resisitivitas di daerah karst. Berikut ini ditampilkan beberapa hasil penelitian untuk mendukung investigasi kantung- kantung air di daerah penelitian.
Tabel 1. Review Paper/ Jurnal Penelitian Geolistik/ Resistivitas di daerah Karst
Tahun Peneliti Metoda/
Konfigurasi Hasil
2000 Hago, H. A Wenner, Pole- Dipole Schlumberger
Resistivitas yang dihasilkan 15Ω - 20Ω pada kedalaman 5 – 20m dengan porositas 18% - 35%. Luas area yang dapat dijangkau adalah 15977900 m2 dengan kedalaman 13m dan volume 204610000 m3. Porositas rata- rata akuifernya adalah 30% dengan kapasitas 61,383,000 ± 6,752,130 m3.
2004 Gowd, S. S. Vertical Electrical Sounding (VES)
Resistivitas yang dihasilkan berkorelasi dengan litologi di daerah penelitian. Metode VES dapat menentukan kedalaman sampai bedrock, ketebalan lapisan saturated, serta peta potensial akuifer, salah satunya aquifer pada rekahan batuan gamping kedalaman 60,7 m.
2004 Skimmer, D. dan Heinson G. Wenner, Electromagnetic
Mengintepretasikan struktur utama hidrologi di Clare Valley, Australia selatan. Nilai resistivitas yang didapat diintepretasikan menjadi aliran air bawah tanah secara regional.
2008 Mitrofan, H., I. Povara dan M. Mafteiu.
VES dengan konduktivitas besar dan “mise á la masse”
Metode “Mise á la masse” menghasilkan kelurusan resistivitas semu maksimum. Fitur resistivitas utama berkaitan dengan saluran utama yang mengisi mata air panas Hercules. Penggambaran jalur aliran tersembunyi berkaitan dengan mata air Hercules di Baile Herculane merupakan aplikasi terbaik metode resistivitas dalam studi karst di Rumania. Metode ‘‘mise á la masse’’ terbukti optimal dalam kasus ini.
2010 Ha, H. S., D. S. Kim, dan I. J. Park
Electrical Resistivity
Imaging (ERI) dan
Electrical Resistivity
Tomography (ERT)
pergerakan air asin setelah diinjeksikan pada salah satu lobang.
2010
Hamdan, H., G. Kritikakis, N. Andronikidis, N. Economou, E. Manoutsoglou dan A. Vafidis
VES, VLF, Seismik, dan tomografi
VES menyediakan informasi akuifer dangkal dan memberikan batasan lapisan yang memiliki resistivitas rendah terhadap salinisasi. Tomografi memberikan gambaran struktur yang lebih dalam untuk mendeteksi air asin dan zona rekahan. Kedalaman penetrasi mencapai 55m. 2010 Kaus, A., W. Boening &Partner Imaging 2-D Kedalaman investigasi mencapai 350 m untuk daerah Afrika Selatan.
2011 Angulo, B., T. Morales, J. A. Uriarte, dan I. Antigüedad
Tes Injeksi Air dan Logging listrik
Metode geolistrik dapat menentukan rekahan pada lobang bor dengan kedalaman 100 – 120m. hubungan antara konduktivitas hidrauik dan resistivitas adalah (R2: 0.725–0.935; σest: 0.159– 0.738
Dari penjelasan di atas, dengan menggunakan metode resistivitas dan berbagai konfigurasinya, mampu mendeteksi keberadaan air di bawah tanah pada daerah karst dan batuan gamping, mencapai kedalaman 350m. Salah satu konfigurasi yang dikenal adalah konfiguraasi wenner. Metode resistivitas akan lebih baik apabila dikombinasikan dengan metode lainnya, sehingga tujuan untuk mendeteksi keberadaan, geometri dan volume kantung- kantung air tersebut dapat tercapai.
Ucapan Terimakasih
Daftar Pustaka
Angulo, B., T. Morales, J. A. Uriarte, dan I. Antigüedad. 2011. Karakterisasi Konduktivitas Hidraulik Daerah Recharge Karst menggunakan Uji Injeksi Air dan Logging Resistivitas Listrik. Environmental Geology 117: 90-96.
Anonim. 2004. Setting Tektonik Papua. Dinas Pertambangan dan Energgi Propinsi Papua (http://distamben.papua.go.id/) diakses 24 Februari 2011 pkl 13:30. Gowd, S. S.. 2004. Survei Resistivitas Listrik
untuk menentukan Potensi Akuifer Air Tanah di DAS Peddavanka, Distrik Anantapur, Andhra Pradesh, India. Environmental Geology 46: 118-131. Ha, H. S., D. S. Kim, dan I. J. Park. 2010.
Aplikasi Teknologi Resistivitas Listrik untuk Mendeteksi Zona Lemah dan Rekahan Selama Pembangunan Bawah Tanah. Environmental Earth Science 60: 723–731.
Hago, H. A.. 2000. Aplikasi Metode Resistivitas Listrik dalam Perkiraan Kuantitatif Layer Air Tanah pada Akuifer Tidak Tertekan. Fakultas Ilmu Pengetahuan dan Lingkungan, Universitas Putra Malaysia (Tidak Dipublikasikan). Hamdan, H., G. Kritikakis, N. Andronikidis, N.
Economou, E. Manoutsoglou dan A. Vafidis. 2010. Metode Geofisika Terpadu untuk Pemetaan Akuifer Air Asin Karst, Studi Kasus Stylos, Chania, Yunani. Journal of The Balkan Geophysical Society, (13) 1: 1-8. Hutasoit, L. M.,Mudrik R. D., Lilik E. W.,
Toddy S.. 2010. Distribusi Vektor
Aliran Air Tanah Dua Dimensi dalam Media Rekahan di Big Gossan, Tembagapura, Papua. Jurnal Teknik Sipil Vol. 17 No. 2 Agustus 2011, hal: 91 – 102.
Kaus, A., W. Boening dan Partner. 2010. Pemetaan Geolistrik 2-D: Eksplorasi pada Daerah Karst, Air Tanah, Longsoran dan Daerah Pembuangan Sampah. Jerman: Geo eksploration Technologies.
Lashkaripour, G. R..2003. Invesitigasi Kondisi Air Tanah dengan Metode Resistivitas Geolistrik: Studi Kasus Akuifer Korin, Iran Tenggara. Journal of Spatial Hydrology. 3 (1): 1-5.
Manik, J. G. 2007. Aplikasi Klasifikasi Massa Batuan dalam Analisis Kemantapan Lereng G-6/PB-8 South Grasberg Open Pit Mine Menggunakan data Kekar dari Kegiatan Core Orienting. Teknik Pertambangan, ITB. (Tidak Dipublikasikan).
Mitrofan, H., I. P. dan M. Mafteiu. 2008. Investigasi Geolistrik Menggunakan Metode Resistivitas di Daerah Karst di Romania. Environmental Geology 55:405–413.
Sarosa, S.. 2004. Analisa Perubahan Kimia Air Tanah dan Aplikasinya dalam Penyaliran Air Tanah pada tambang bawah tanah IOZ dan DOZ PT. Freeport Indonesia. Teknik Pertambangan, UPN “Veteran” Yogyakarta. (Tidak Dipublikasikan). Skimmer, D. dan G. Heinson. 2004. A
