KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA DISERTASI. Oleh RITA JULIANI /FIS

(1)

KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA

DISERTASI

Oleh

RITA JULIANI

118108003/FIS

ROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

(2)

(3)

PERNYATAAN ORISINALITAS

KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA

DISERTASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya disertasi ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar

Medan, November 2015

Rita Juliani NIM 118108003

(4)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Rita Juliani NIM : 118108003

Program Studi : Doktor Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Disertasi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan,menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (non- Exclusive Royalty Free Right) Atas Disertasi saya yang berjudul :

Karakterisasi Kawasan Karst Di Desa Sulkam Kabupaten Langkat Sumatera Utara

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan) dengan Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan,mengalih media,memformat,mengelola, dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan sebagai pemilik hak cipta

Demikian pernyataan ini diperbuat dengan sebenarnya

Rita Juliani

(5)

Telah diuji pada

Tanggal : 18 Agustus 2015

PANITIA PENGUJI DISERTASI

Ketua : Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc

Anggota : 1. Dr. Mester Sitepu, MSc, M.Phill 2. Prof. Drs.Motlan, M.Sc, PhD 3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 4. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

(6)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap : Rita Juliani, S.Si, M.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Medan 15 Juli 1969

Alamat Rumah : Jl. Surya Haji Komplek Taman Surya Indah Blok A No. 9 Lau Dendang

HP : 081396014353

Email : julianiunimed@gmail.com Instansi Tempat Bekerja : Universitas Negeri Medan

Alamat Kantor : Jl. Willem Iskandar Ps. V Medan Estate Telepon : (061) 6613365

DATA PENDIDIKAN

SD : SD N 066046 Tamat : 1983

SMP : SMP N 16 Medan Tamat : 1986 SMA : SMA N 10 Medan Tamat : 1989 Strata-1 : Universitas Sumatera Utara Tamat : 1995 Strata-2 : Universitas Gadjah Mada Tamat : 2002

(7)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah Subhana Wata’ala, karena dengan limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga disertasi ini dapat terselesaikan.

Dengan selesainya disertasi ini, diucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Subhilhar, Ph.D atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Doktor Ilmu Fisika.

Rektor Universitas Negeri Medan, Prof. Dr. Syawal Gultom, M.Pd dan Rektor Universitas Negeri Medan sebelumnya Prof. Dr. Ibnu Hajar, M.Si atas kesempatan dan ijin belajar untuk mengikuti program pendidikan Doktor Ilmu Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr, Sutarman, MSc yang telah memberikan kesempatan menjadi mahasiswa Program Doktor pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Ketua program Studi Doktor Fisika Dr. Nasruddin MN,M,Eng.Sc dan Komisi Dewan Penguji Ujian Promosi Doktor. Sekretaris Program Studi Doktor Fisika Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Komisi Dewan Penguji Ujian Promosi Doktor beserta seluruh Staff Pengajar pada Program Studi Doktor Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Terima kasih yang tak berhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc, selaku Promotor, dengan perhatian, kesabaran memberikan bimbingan, arahan, saran dan motivasi, demikian juga Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill, selaku Co-Promotor I dalam memberikan dukungan, fasilitas dan selalu meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, arahan dan motivasi, Prof. Drs. Motlan, M.Sc, PhD, selaku Co-Promotor II yang telah

(8)

memberikan masukan bimbingan dan arahannya serta semangat atas terselesaikannya disertasi ini.

Kepala Desa Sulkam Herryson Bangun, SE, yang pemberian izin melakukan penelitian dan memfasilitasikan keperluan lapangan, warga desa Sulkam yang membantu dalam proses pengambilan data lapangan.

Kepada semua Dosen FMIPA USU dan Unimed serta Dosen KDBK Fisika Bumi Unimed khususnya atas dukungan dan motivasinya.

Kepada ibunda tercinta Nursiah, suami tersayang Rahmatsyah dan anakku terkasih Riri Syavira, Rayhan Fadhurrahman, Rasyad Tanzilurrahman. Terima kasih atas segala pengorbanan baik moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas hanya di serahkan kepada Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa.

Wassalam

(9)

KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA

ABSTRAK

Telah di lakukan penelitian untuk mengkarakterisasi kawasan karst di desa Sulkam kabupaten Langkat Sumatera Utara untuk memperoleh kontur resistivitas secara lateral dan vertikal, mencari ketidak tampakan lau Ketuken, kandungan mineral, unsur dan morfologi serta kuat tekan batu gamping.

Metode yang digunakan adalah dengan memadukan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger untuk mengetahui perlapisan batuan yang ada di bawah permukaan. Sampel batuan singkapan diuji dengan XRD untuk mengetahui kandungan mineral, EDX untuk menentukan kandungan unsur batuan, SEM dan sayatan tipis untuk morfologi batuan, serta kuat tekan batuan menggunakan compression machine.

Kontur resistivitas secara lateral pada kedalaman 1,25 m hingga 30 m berupa lapisan batuan batu gamping, tanah permukaan dan lempung. Batu gamping terutama di bagian Barat desa Sulkam. Lapisan batuan lau Ketuken berupa batuan pasir lempung, batu lempung, batu pasir dan batu gamping yang bersifat meloloskan dan sebagai reservoar sehingga lau Ketuken tidak tampak di permukaan. Kontur resistivitas secara vertikal pada lintasan horizontal terdapat lapisan tanah permukan diantarai batu gamping, batu gamping, dan lapisan tanah serta lempung. Kontur resistivitas secara vertikal berupa batu gamping dan lempung, tanah hadir diantara lempung. Bahagian Selatan dekat dengan daerah lau Ketuken memiliki lapisan batu gamping dan terdapat rongga. Kandungan mineral batuan diperoleh CaCO3 dengan komposisi 74,1 wt.% - 100 wt.% dengan rata-rata 96 wt %. Kandungan unsur batuan berupa mineral kalsit dengan unsur Ca, C dan O dan pengotor Si. Komposisi rata-rata pada sampel batu gamping O = 46,56%; Ca = 27,37 %; C = 25,94%; Si = 0,34% . Morfologi batuan dengan tekstur rapat, berbutir halus dan kasar dengan ukuran butir 2.201 µm sampai 4.150 µm dengan penyusun batuan mikrit, kalsit dan bioklas. Sifat mekanik batu gamping berdasarkan SII 0378-80 termasuk batu gamping lunak dan digunakan sebagai penutup lantai atau trotoar.

(10)

CHARACTERIZATION OF KARST AREAS IN VILLAGE SULKAM LANGKAT NORTH SUMATRA

ABSTRACT

Research has been done to characterize the karst area in the village Sulkam Langkat district of North Sumatra to obtain resistivity contour laterally and vertically, minerals, elements and morphology, compressive strength as well as search for lau Ketuken loss.

Geo-electiric resistivity contour is gained by the Wenner-Schlumberger configuration to identify the rock layers in the surface area. The samples of the rocks are analyzed by using XRD and EDX, in order to determine the kind of rock for each layer and the mineral properties, respectively. Meanwhile, SEM and thin slice are employed to observe the rock morphology. Furthermore, compressive strength of the rock is tested using compression machine.

Resistivity contour laterally at a depth of 1,25 m to 30 m is in the form of a layer of limestone rocks, soil and clay surfaces. The limestone rocks are especially founded in the western part of the village Sulkam. Ketuken lau rock layers are made up from sandstone clay, clay stone, sandstone and limestone, redirects the water and reservoir so that lau Ketuken lost on the surface. Resistivity contour vertically on a horizontal track surface layers of soil are mediated by limestone. The limestone and a layer of soil and clay form a cavity. Resistivity contour vertically is in the form of limestone and clay. There is soil is among the clays. The Southern part of lau Ketuken area is founded some layers of limestone, and a cavity. The mineral content of the rocks consist of CaCO3 with the composition of 96 wt % in average (from

74,1% - 100 wt%). The properties of rock elements are in the form of mineral calcite rock which is consist of Ca, C and O, as well as impurities Si. The average composition of the limestone samples are O = 46,56%; Ca = 27,37%; C = 25,94%; Si = 0,34%. Tight textures of the rock morphology is fine-grained and coarse which have grain size 2.201 μm to 4.150 μm. Its constituent are micrit rock, calcite and bioclas. The mechanical properties of limestone based on SII 0378-80 are soft limestone category. It is used to apply as a cover of the floor or pavement.

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN i

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ii

PENETAPAN PANITIA PENGUJI iv

RIWAYAT HIDUP KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTACT v vi viii ix DAFTAR ISI DAFTAR TABEL x xii

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR LAMPIRAN xvi

BAB I PENDAHULUAN 1 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. Latar Belakang Batasan Masalah Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 1 5 6 6 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 8

2.1. 2.2. 2.3. Kawasan Karst Karstifikasi Batu Gamping 8 8 10 2.3.1. 2.3.2.

Susunan Batu Gamping Klasifikasi Batu Klasifikasi Batu Gamping

11 13 2.4. 2.5. 2.6. 2.7.

Penggunaan Batu Gamping Metode Geolistrik Resistivitas Batuan Mekanika Batuan 18 18 25 25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 27

3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

Tempat Penelitian

Alat dan Bahan Penelitian Diagram Alir Penelitian Resistivity Meter 27 27 29 30 3.4.1. 3.4.2. 3.4.3.

Pengambilan Data Resistivity Meter Kontur Permukaan Lokasi Penelitian Pengolahan Data Resistivity Meter

31 33 33 3.5. 3.6. X-Ray Difraction (XRD)

Scanning Electron Microsopy (SEM)

36 37

(12)

3.7. 3.8. Sayatan Tipis Uji Mekanik 38 39

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 42

4.1. Pola Penyebaran Resistivitas Batuan Bawah Permukaan

42

4.1.1. 4.1.2.

Analisa Sayatan Lateral Analisa Sayatan Vertikal

43 67 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6.

Kandungan Mineral Batu Gamping dengan Uji XRD Morfologi dan Kandungan Unsur Batu Gamping dengan Uji SEM

Morfologi Batu Gamping dengan Sayatan Tipis (Thin Slice)

Uji Mekanik Batu Gamping Pembahasan 73 78 82 86 88

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 93

5.1. 5.2. Kesimpulan Saran 93 94 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 95 98

(13)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

2.1. 2.2. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. 4.12.

Sifat Mineral Batuan Karst Klasifikasi Batu Gamping Alat dan Bahan

Spesifikasi Resistivity Meter model ARES-G4.v47.

Nilai Hambatan Jenis Listrik Batuan menurut Literatur dan Hasil Penetapan

Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada Kedalaman 1,25 meter

Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada Kedalaman 5 meter

Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada Kedalaman 10 meter

Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole Kedalaman 15 meter

Perlapisan Batu Gamping dari Kedalaman 1,25-30 meter di Desa Sulkam Langkat

Hasil Analisis Kadar Mineral dengan XRD Komposisi Sampel Batu Gamping dengan EDX Penyusun Batu Gamping

Kuat Tekan Batu Gamping Desa Sulkam

11 13 27 30 35 45 48 51 53 55 58 61 65 76 81 85 86

(14)

DAFTAR GAMBAR Nomor

Gambar Judul Halaman

2.1 2.2. 2.3 2.4. 2.5. 2.6. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. Pembentukan Karst Klasifikasi Dunham

Klasifikasi Embry dan Klovan Konfigurasi Schlumberger

Susunan Elektroda pada Konfigurasi Wenner dan Schlumberger

Perbandingan Cakupan Data antara Konfigurasi Wenner dan Wenner-Schlumberger

Diagram Alir Penelitian

Alat Resistivy Meter model ARES-G4.v47 dan GPS Peta Geologi Daerah Penelitian

Grid Pengambilan data Geolistrik

Kontur Daerah Penelitian dengan Altitude Kontur Resistiviti Pseudodepth Section X Ray Difraction (XRD)

Scanning Electron Microsopy (SEM) Batuan Singkapan Uji Thin Slice Sampel Pengujian Kuat Tekan Compression Machine

Peta Pseudeseki Hasil Olahan Data dengan Res2DinV Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 1.25 meter

Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 1.25 meter Berdasarkan Ketinggian

Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 1.25 meter. Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5 meter.

Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5 meter Berdasarkan Ketinggian

Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 5 m eter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 10 meter

Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 10 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 15

10 14 16 23 24 25 29 30 31 32 33 35 37 38 38 40 40 42 44 44 46 47 47 49 50 50 51

(15)

4.12. 4.13. 4.14. 4.15. 4.16. 4.17. 4.18. 4.19. 4.20. 4.21. 4.22. 4.23. 4.24. 4.25. 4.26. 4.27. 4.28. 4.29. 4.30. 4.31. 4.32. 4.33. 4.34. 4.35. 4.36. 4.37. 4.38. 4.39. 4.40.

Sambungan daftar gambar

meter

Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 15 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20 meter

Pola Resistivitas lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20 meter Berdasarkan Ketinggian

Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 30 meter Lau Ketuken

Grid antara Lau Ketuken

Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Daerah Lau Ketuken Kedalaman 1,25 meter hingga 30 meter

Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 1,25 meter hingga 30 meter dengan Bore Hole

Pola Topografi dengan Garis Tampang Lintang AB, CD, EF dan GH desa Sulkam

Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan AB Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan CD Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan EF Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan GH Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan AB Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan CD Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan EF

Pola Sebaran Batuan Lapisan Sepanjang Lintasan GH Keberadaan Gua di Daerah Tampang Lintang GH

Pola XRD Sampel T72, T73 dan T77 Pola XRD Sampel T86, T88 dan T89 Pola XRD Sampel T92, T95 dan T102 Pola XRD Sampel T111, T112 dan T113

52 52 54 54 55 56 57 57 59 60 60 62 62 63 63 66 68 68 69 69 69 70 70 71 71 73 74 74 75 75

(16)

4.41. 4.42. 4.43. 4.44. 4.45. 4.46. 4.47. 4.48 4.49. 4.50. 4.51. 4.52.

Sambungan daftar gambar

SEM Morfologi Sampel Batu Gamping

SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 15 Kx SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 32,49 Kx Hasil EDX Sampel T112

Diagram Batang Rata-rata Persen Berat Sampel Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Floatstone Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Chrystalline Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Wackstone Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Bounstone Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Mudstone Kuat Tekan Batu Gamping dengan Variasi Ukuran

Hubungan Kuat Tekan Batu Gamping dengan Beban Maksimum 78 78 79 80 81 82 83 83 83 84 87 88

(17)

DAFTAR LAMPIRAN Nomor

Lampiran Judul Halaman

A B C D E F G H I

Peta Geologi Lokasi Penelitian Koordinat dan Altitude Lintasan Data Pseudoseksi Geolistrik Deskripsi Lintasan

Resistivitas Batuan Dokumentasi Hasil SEM-EDX Hasil XRD Data Bore Hole

98 99 103 105 112 115 122 124 131