Dasar-Dasar Metode Geolistrik

Diterbitkan olehPercetakan & PenerbitSYIAH KUALA UNIVERSITY PRESSJln. Tgk. Chik Pante Kulu No. 1Kopelma DarussalamTelp. 0651-812221email: [email protected] [email protected]

https://unsyiahpress.unsyiah.ac.id

Muhammad SyukriMuhammad Syukri menerima gelar Sarjana Sains dalam bidang Ilmu Fisika dari ITS Surabaya, dan gelar Magister Teknik dalam bidang Geofisika Terapan dari ITB Bandung, terakhir menerima gelar Ph.D di bidang Geofisika dari USM Malay-sia tahun 2006. Minat penelitiannya saat ini ada-lah pada bidang geofisika terapan dan lingkun-gan. Selain itu dia juga anggota dari Society of Exploration Geophysicists (SEG), Himpunan Ahli Geofisika Indonesia (HAGI), dan Physical Soci-ety of Indonesia (PSI). Minat lainnya adalah men-dengar musik dan melakukan perjalanan.

SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

BUKU AJAR

MUHAMMAD SYUKRI

MU

HA

MM

AD

SY

UK

RI

BU

KU

AJA

R D

AS

AR

-DA

SA

R M

ET

OD

E G

EO

LIS

TR

IK


BUKU AJAR

Sanksi Pelanggaran Pasal 113Undang-Undang No. 28 Tahun 2014 Tentang Hak Cipta

1. Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp100.000.000 (seratus juta rupiah).

2. Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta se-bagaimana dimaksud dalam pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

3. Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta se-bagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf a, huruf b, huruf e, dan/atau huruf g untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 4 (empat) tahun dan/atau pidana denda pal-ing banyak Rp1.000.000.000,00 (satu miliar rupiah).

4. Setiap Orang yang memenuhi unsur sebagaimana dimaksud pada ayat (3) yang dilakukan dalam bentuk pembajakan, dipidana dengan pidana penjara paling lama 10 (sepuluh) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp4.000.000.000,00 (empat miliar rupiah).


Oleh:Muhammad Syukri


BUKU AJAR

Judul Buku : DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

Penulis : Muhammad Syukri

Editor : Dr. Rini Safitri, M.Si

ISBN : 978-623-264-043-6

Pracetak dan Produksi :SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

Penerbit :Syiah Kuala University Press Jl. Tgk Chik Pante Kulu No.1 Kopelma Darussalam 23111, Kec. Syiah Kuala. Banda Aceh, AcehTelp : 0651 - 8012221

Email : [email protected]@unsyiah.ac.id

Website:http://www.unsyiahpress.unsyiah.ac.id

Edisi : I

Cetakan Pertama, Januari 2020x + 80 (16 X 23)

Anggota IKAPI 018/DIA/2014Anggota APPTI 005.101.1.09.2019

Dilarang keras memfotokopi atau memperbanyak sebagian atau seluruh buku ini tanpa seizin tertulis dari penerbit.

DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK iii

PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya seh-ingga Buku Ajar Dasar-Dasar Metode Geolistrik ini telah dapat diselesaikan. Buku ajar ini merupakan acuan tambahan bagi mahasiswa Program Studi Fisika FMIPA dan Program Studi Teknik Geofisika FT Universitas Syiah Kuala dalam perkuliah-an serta memberikan pedoman praktis agar mahasiswa mendapatkan gambaran secara jelas untuk mendukung perkulianan.

Terimakasih disampaikan kepada Pimpinan Unsyiah, juga pada Kemente-rian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi (Kemenristekditi) yang memberikan dukungan pada penulisan Buku Ajar ini. Terimakasih juga disampaikan kepada Dr. Rini Safitri, M.Si atas kontribusi dalam sebagai editor untuk penyempurnaan dan penyelesaian buku ini.

Kami menyadari masih terdapat kekurangan dalam Buku Ajar ini, untuk itu kritik dan saran terhadap penyempurnaan buku ini sangat diharapkan. Semoga buku ini dapat memberi maanfaat bagi mahasiswa Unsyiah, khususnya dan bagi semua pihak yang membutuhkan.

Banda Aceh, Juni 2020 Penulis,

Dr. Muhammad Syukri, MT

vDASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

DAFTAR ISI

PENGANTAR ............................................................................................................iiiDAFTAR ISI ...............................................................................................................v

Bab 1 Pendahuluan ..............................................................................................1 1.1 Sejarah Metode Geolistrik .....................................................................1 1.2 Prinsip Dasar Metode Geolistrik ...........................................................4 1.3 Mekanisme Geolistrik ............................................................................7 Daftar Pustaka ...........................................................................................10

Bab 2 Konsep Dasar Geolistrik ..........................................................................11 2.1 Pendahuluan ........................................................................................11 2.1.1 Metode Geolistrik Pasif .............................................................13 2.1.2 Metode Geolistrik Aktif ...............................................................14 2.2 Resistivitas Semu (Apparent Resistivity) ............................................15 2.3 Aliran Arus di dalam Bumi Homogen ..................................................17 2.4 Elektroda Tunggal di Permukaan ......................................................18 2.5 Dua Elektroda Arus di Permukaan Bumi ............................................19 2.6 Interpretasi Geolistrik ...........................................................................20 Daftar Pustaka ...........................................................................................23

Bab 3 Konfigurasi Pengukuran Geolistrik ..........................................................25 3.1 Pendahuluan ........................................................................................25 3.2 Konfigurasi Geolistrik ...........................................................................27 3.2.1 Konfigurasi Wenner ...................................................................27 3.2.2 Konfigurasi Schlumberger .........................................................30 3.2.3 Konfigurasi Dipole-Dipole..........................................................34 3.2.4 Konfigurasi Pole-Pole ................................................................37 3.2.5 Konfigurasi Pole-Dipole .............................................................39 3.2.6 Konfigurasi Wenner-Schlumberger ..........................................41 Daftar Pustaka ...........................................................................................45

Bab 4 Metode Potensial Diri ...............................................................................47 4.1 Pendahuluan ........................................................................................47

4.2 Prinsip Dasar Metode SP ....................................................................48 4.3 Prinsip Kerja Metode SP .....................................................................49 4.4 Asal Usul Self Potensial ......................................................................52 4.5 Penerapan Metode Self Potential .......................................................54 Daftar Pustaka ...........................................................................................56

Bab 5 Metode Polarisasi Terimbas ....................................................................57 5.1 Pendahuluan ........................................................................................57 5.2 Mekanisme Metode IP .......................................................................57 5.3 Prinsip Kerja Metode IP ......................................................................59 5.3.1 Time Domain ..............................................................................60 5.3.2 Domain Frekuensi ....................................................................62 5.3.3 Domain Sudut Fasa...................................................................63 5.4 Konfigurasi Pengukuran IP .................................................................64 5.5 Sumber efek polarisasi ........................................................................65 5.5.1 Efek Polarisasi Elektroda ..........................................................65 5.5.2 Efek Polarisasi Membran ..........................................................66 Daftar Pustaka ...........................................................................................68

Bab 6 Sifat Kelistrikan Batuan ............................................................................69 6.1 Pendahuluan ........................................................................................69 6.2 Cara Aliran Arus Pada Batuan ...........................................................70 6.2.1 Konduksi elektronik (ohmik) .....................................................71 6.2.2 Konduksi dielektrik (pergeseran listrik) .....................................72 6.2.3 Konduksi dielektrik (pergeseran listrik) .....................................75 6.3 Resistivitas Batuan ..............................................................................76 6.3.1 Batuan Beku ..............................................................................77 6.3.2 Batuan Sedimen .......................................................................77 6.3.3 Batuan Metamorf ......................................................................78 Daftar Pustaka ...........................................................................................80

vi DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

viiDASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Robert Were Fox (1789-1877) seorang ahli geologi dari Inggris. ...............................................................................................1Gambar 1.2 Instrumen geolistrik. ..........................................................................2Gambar 1.3 Konsep pemasangan elektroda pada metode geolistrik (Anonymous, 2019). .........................................................................4Gambar 1.4 Prinsip pengukuran arus dan potensial listrik dengan multimeter (Tilley, 2019). ..................................................................5Gambar 1.5 Pola aliran arus lisrik dan beda potensial yang dihasilkan (bidang

equipotensial) untuk a). sumber arus tunggal dan b). satu set elektroda. ..........................................................................................5Gambar 1.6 Susunan 4 elektroda pada pengukuran geolistirk dan gambaran perambatan arus dan hasil pengukuran beda potensial. ...........................................................................................6Gambar 1.7 Prinsip perambatan arus pada batuan dengan (kiri) porositas yang baik tetapi permeabilitas yang kurang baik dan (kanan) porositas dan permeabilitas yang baik. ......................7Gambar 1.8 Prinsip perambatan arus dalam pori-pori batuan, melalui formasi konduktif. ..............................................................................8Gambar 1.9 Prinsip pergerakan elektron-elektron pada fluida yang terdapat dalam pori-pori batuan (Cardoso, 2016). ..........................8Gambar 2.1 Ilmuan Jerman George Simon Ohm (Reif-Acherman, 2016). .....12Gambar 2.2 Model pergerakan arus listrik di dalam medium (bumi). ...............12Gambar 2.3 Profil pengukuran metode geolistrik resistivitas, dan kotak merah menunjukkan hasil resistivitas semu..................................16Gambar 2.4 Model profil penginjeksian arus pada permukaan medium homogen isotropis dengan resistivitas ρ. ......................................17Gambar 2.5 Titik sumber arus tunggal di permukaan pada medium homogen. ........................................................................................18Gambar 2.6 Pola aliran arus dan bidang equipotensial antara dua elektroda arus dengan polaritas berlawanan. ...............................19Gambar 2.7 Susunan elektroda arus dan potensial listrik. ................................20Gambar 2.8 Pola aliran arus listrik pada zona kondukti di bawah

viii DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

permukaan. .....................................................................................21Gambar 2.9 Model aliran arus pada lapisan bawah permukaan bumi dengan nilai resistivitas yang berbeda. .........................................21Gambar 2.10 Model aliran arus pada lapisan bawah permukaan bumi dengan Spasi elektroda yang berbeda. ........................................22Gambar 3.1 Model susunan multielektroda pada pengukuran geolistrik. ........25Gambar 3.2 Skema model sistem multielektroda dan titik pengukurannya. ..............................................................................26Gambar 3.3 Konfigurasi Wenner. .......................................................................28Gambar 3.4 Model perambatan arus dan perkiraan target kedalamannya pada konfigurasi Wenner. ..............................................................28Gambar 3.5 Konfigurasi Schlumberger ..............................................................30Gambar 3.6 Model perambatan arus dan perkiraan target kedalamannya pada konfigurasi Schlumberger .....................................................31Gambar 3.7 Nilai resistivitas beberapa jenis material bumi. .............................34Gambar 3.8 Konfigurasi dipole-dipole. ...............................................................34Gambar 3.9 Model perambatan arus untuk konfigurasi dipole-dipole. .............35Gambar 3.10 Konfigurasi pole-pole. .....................................................................38Gambar 3.11 Model penginjeksian dan perambatan arus untuk konfigurasi pole-pole. ........................................................................................38Gambar 3.12 Konfigurasi Pole-dipole. .................................................................39Gambar 3.13 Model penginjeksian dan perambatan arus untuk konfigurasi pole dipole. ......................................................................................40Gambar 3.14 Konfigurasi Wenner dan Konfigurasi Schlumberger. ....................42Gambar 3.15 Jarak Elektroda untuk Konfigurasi Wenner-Schlumberger. .........42Gambar 3.16 a). Model pergeseran elektroda pada masing-masing konfigurasi Wenner dan b). Schlumberger. .....................................................44Gambar 3.17 Ilustrasi titik-titik pengukuran Wenner-Schlumberger (Telford, 1990). ..............................................................................................44Gambar 4.1 Skema aliran induksi potensi induksi negatif. ...............................48Gambar 4.2 Mekanisme anomali self potensial (Saro and Mooney 1960). .....49Gambar 4.3 Prinsip kerja dan model pengukuran metode SP. .........................50Gambar 4.4 Model gambaran beda potensial redoks antara dua bagian sel galvanis sebagai potensial listrik (Nyquist and Corry 2002). .......51Gambar 4.5 Contoh desain pengukuran dengan metode SP dan elektroda

ixDASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

porous pot. ......................................................................................51Gambar 4.6 Model situasi di lapangan, dimana perbedaan redoks dapat di-

hasilkan dari proses metabolisme hidrokarbon oleh bakteri di dalam tanah. ...............................................................................53Gambar 5.1 Prinsip metode IP yang berprilaku sebagai kapasitor. ..................58Gambar 5.2 Ilustrasi pengisian dan pengosongan arus yang menunjukan efek IP. .............................................................................................59Gambar 5.3 Prinsip kerja pengukuran metode IP. .............................................60Gambar 5.4 Pola peluruhan potensial pada metode IP (Reynolds, 2011). ......60Gambar 5.5 Pengukuran IP dalam domain waktu. ............................................61Gambar 5.6 Pengukuran IP dalam domain frekuensi. ......................................63Gambar 5.7 Prinsip pengukuran IP dalam domain fasa. ..................................63Gambar 5.8 Pengukuran IP konfigurasi gradient (Martorana et.al, 2017). ......64Gambar 5.9 Pengukuran IP konfigurasi dipole-dipole. ......................................64Gambar 5.10 Mekanisme proses polarisasi elektroda (Reynolds, 1997). ..........66Gambar 5.11 Peluruhan teganagn berkaitan dengan proses polarisasi elektroda. ........................................................................................66Gambar 5.12 Skema polarisasi membran. ..........................................................67Gambar 6.1 Resistivitas conductivitas beberapa jenis batuan (Palacky, 1987). ..............................................................................................70Gambar 6.2 Model pegerakan muatan listrik dalam batuan. ............................71Gambar 6.3 Model aliran arus dalam medium dan beda potensialnya. ...........72Gambar 6.4 Kandungan larutan elektrolit dalam air tanah/batuan. ..................74Gambar 6.5 Bentuk dan model porositas batuan yang berbeda-beda. ...........76

x DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Resistivitas batuan-batuan bumi. ...................................................33Tabel 4.1 Sumber dan tipe anomali SP (Reynold., 1997).............................53Tabel 4.2 Macam-macam sumber potensial (Reynold, 1997)......................54Tabl1 6.1 Porositas pada beberapa macam batuan. ....................................75Table 6.2 Nilai resistivitas beberapa material (sumber: Telford, et. al. 1990) ...............................................................................................79

1DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

1.1 SEJARAH METODE GEOLISTRIKSejarah mengenai metode geolistrik ini merupakan tonggak sejarah yang

penting pada awal tahun 1830, ketika Robert Were Fox (1789-1877) (Gam-bar 1.1) seorang ahli geologi melakukan ekperimen terhadap arus alamiah pada suatu deposit jebakan biji sulfida di Cornwall Inggris. Eksperimen Fox ini menjadi titik awal metode prospektif geolistrik dengan melihat sesuatu di bawah permukaan dengan konsep medan listrik. Kemudian konsep ini dikem-bangkan dan diaplikasikan secara komersial oleh Conrad Schlumberger pada tahun 1912 (Michael S. Z., 2010; Ward, S., 1980).

BAB 1PENDAHULUAN

Gambar 1.1 Robert Were Fox (1789-1877) seorang ahli geologi dari Inggris.

Selanjutnya sepanjang abad 18 tersebut lahir banyak sekali peneli-tian-penelitian yang berkaitan dengan fenomena kelistrikan Self Potensial (SP). Pada awal abad 19, Conrad Schlumberger di Perancis dan Frank Wen-ner di Amerika melakukan eksperimen menggunakan listrik buatan dengan cara melakukan injeksi arus ke dalam tanah dan menggukur resultan perbe-daan potensialnya (potensialnya sendiri terdiri dari komponen alamiah dan

2 DASAR-DASAR METODE GEOLISTRIK

akibat injeksi) yang kemudian dikenal dengan metode DC resistivity.Selama abad ke-19, banyak ilmuwan di berbagai tempat mengikuti ek-

sperimen Fox, sambil terus mengembangkannya. Hasil pengujian para pe-neliti berhasil menunjukkan kemungkinan penggunaan secara praktis dengan metode ini dalam prospeksi biji besi (Nostrand and Cook, 1966; Shclumberg-er, 1920). Pada tahun 1914, Schlumberger menemukan deposit yang kaya akan biji besi di Serbia menggunakan metode self-potential, dan pada ta-hun 1917 metode elektromagnetik dikenalkan oleh H.R. Conklin. Arus Telluric pertama kali dipelajari oleh O.H. Gish dan W.J. Rooney di Amerika Serikat pada permulaan tahun 1920. Pekerjaan ini kemudian dilanjutkan dan dikem-bangkan oleh Group Schlumberger pada permulaan tahun 1934, dan semua riset-riset kelistrikan pada awalnya digunakan untuk aplikasi mencari miner-al biji besi. Salah satu aplikasi di luar bidang pertambangan pada mulanya dikembangkan oleh I.B Crosby dan E.G. Leonardon pada tahun 1928 untuk memetakan batuan dasar (bedrock) yang mempunyai resistivitas tinggi untuk diusulkan sebagai daerah bendungan (dam), yang dengan prinsip ini menjad-ikannya dapat juga digunakan untuk melakukan investigasi masalah-masalah lingkungan misalnya kebocoran pipa, tembok sungai, rembesan polutan dan lain-lain (Zhdanov, 2010).

Dalam perkembangan selanjutnya, metode geolistrik telah banyak dan dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti untuk keperluan arkeologi, geoteknik dan rekayasa, pencarian sumberdaya mineral, memecahkan ma-salah lingkungan, dalam bidang panas bumi (geothermal), berbagai studi hi-drologi dan bahkan untuk yang lebih dalam lagi yaitu untuk studi pada zona patahan atau sesar. Gambar (1.2) menunjukkan intrumen resistivity-meter dengan kelengkapannya, seperti elektroda dan kabel, konektor multifungsi, multi-channel adapter, unit transmitter dan receiver, dan juga baterai.

Gambar1.2 Instrumen geolistrik.


DAFTAR PUSTAKA

Anonymous, 2019. Principles and testing methods of earth ground resistance, https://www.ee.co.za/article/principles-testing-meth ods-earth-ground-resistance.html, di akses 10 Oktober 2019.

Cardoso, R., 2016. Porosity and tortuosity influence on geophysical proper-ties of an artificially cemented sand, Engineering Geology, Volume 211, 23 August 2016, p.198-207.

Michael S. Z., 2010. Electromagnetic geophysics: Notes from the past and the road ahead. Geophysics. 18.

Nostrand, R. and Cook, K., 1966. Interpretation of resistivity data. Washing-ton: United States Government Printing Office.

Roubinet, D., Irving, J., and Pezard, P.A. 2018, Relating Topological and Elec-trical Properties of Fractured Porous Media: Insights into the Characteri-zation of Rock Fracturing, minerals, vpl. 8, 14, p. 1-17.

Shclumberber, C., 1920. Study of underground electrical prospecting.

Tilley, D., 2019. Resistivity and Induced Polarisation Surveys, in Exploration Geophysics, Exploration Methods, Geology Basics, https://www.geolo-gyforinvestors.com/resistivity-and-induced-polarisation-surveys/

Ward, S., 1980. Electrical, electromagnetic, and magnetotelluric methods. Geophysics. Vol. 45, no. 11, p.1659–1666.

Zhdanov, M.S., 2010. Electromagnetic geophysics: Notes from the past and the road ahead, Geophysics, Vol. 75, No. 5, September – October 2010, p. 75A49–75A66.


2.1 PENDAHULUANKonsep dasar dari Metoda Geolistrik adalah Hukum Ohm yang pertama

kali dicetuskan oleh ilmuan Jerman bernama George Simon Ohm (1787-1854) (Gambar 2.1) (Anonymous2, 2018). Dia menyatakan bahwa beda potensial yang timbul di ujung-ujung suatu medium berbanding lurus dengan arus listrik yang mengalir pada medium tersebut. Selain itu, dia juga menyatakan bahwa tahanan listrik berbanding lurus dengan panjang medium dan berbanding ter-balik dengan luas penampangnya. Formulasi dari kedua pernyataan Ohm di atas, dapat dituliskan sebagai berikut:

BAB 2KONSEP DASAR GEOLISTRIK

Arus listrik diasumsikan sebagai muatan positif yang bergerak ke arah terminal negatif, sedangkan muatan negatif bergerak ke terminal positif. Na-mun kesepakatan menyatakan bahwa arus listrik bergerak dari muatan positif ke arah muatan negatif.

Resistivitas suatu bahan merupakan besaran/parameter yang menun-jukkan tingkat hambatannya terhadap arus listrik. Bahan yang mempunyai re-sistivitas makin besar, berarti akan makin sulit untuk dilalui arus listrik (Spicer, 1950). Biasanya resistivitas diberi simbol ρ, satuan dalam SI adalah Ohm.me-ter (Ωm). Metode Resistivitas dalam geofisika adalah metode untuk menyeli-diki struktur bawah permukaan berdasar perbedaan resistivitas batuan. Re-sistivitas batuan bervariasi menurut jenis batuan (termasuk mineral penyusun batuan), porositas, dan kandungan fluida (minyak, air, gas), salinitas dalam air, dan temperatur (Hersir and Arnason, 2010).


Gambar 2.1 Ilmuan Jerman George Simon Ohm (Reif-Acherman, 2016).

Pengukuran resistivitas dapat dilakukan di laboratorium (skala laborato-rium) maupun di lapangan (field measurement). Di laboratorium, resistivitas dapat ditentukan dengan menggunakan hukum Ohm: I = A × ΔV/ρL, yang ber-laku untuk arus listrik I melewati bahan berbentuk kubus dengan luas penam-pang A dengan panjang L dan diberi beda tegangan ΔV antara ujung-ujungnya (Gambar 2.2). Besaran I, ΔV, A, dan L dapat diukur secara langsung dengan menggunakan Amperemeter, Volt meter, jangka sorong, dan alat pengukur panjang sehingga dapat diperoleh nilai resistivitas ρ.

Resistivitas batuan di lapangan dapat diukur secara tidak langsung den-gan menginjeksikan arus listrik kedalam tanah melalui 2 (dua) buah elektroda dan mengukur beda potensial antara 2 (dua) titik yang lain dipermukaan (lihat Gambar 2.2). Elektroda A dan B disebut elektroda arus (current electrode), sedangkan elektroda M dan N disebut elektroda potensial (potential elec-trode) (Bernad, et.al. 2019).

Gambar 2.2 Model pergerakan arus listrik di dalam medium (bumi).


DAFTAR PUSTAKA

Anonymous2, 2018. Fundamental of Electrical Engineering|Concept Of Re-sistance and Ohm’s Law, https://www.electricalexams.co/ concept-of-re-sistance-and-ohms-law/, Published September 16, 2018• Updated De-cember 21, 2018.

Bernard, J., Leite, O., and Vermeersch, F., 2019. Multi-electrode resistivity im-aging for environmental and mining applications, IRIS Instruments, Orle-ans, France, http://www.iris-instruments.com/ Pdf_file/Resistivity_Imag-ing/Resistiivty_ Imaging_text.pdf

Herman, R., 2001. An introduction to electrical resistivity in geophysics, Am. J. Phys. Vol. 69 (9), September 200, p.943-952.

Hersir, G.P. and Árnason, K., 2010. Resistivity of Rocks, Presented at Short Course V on Exploration for Geothermal Resources, organized by UNU-GTP, GDC and KenGen, at Lake Bogoria and Lake Naivasha, Kenya, Oct. 29 – Nov. 19, 2010.

Jouniaux, L., Maineult, A., Naudet, V., Pessel, M., and Sailhac. P, 2009. Re-view of Self-potential methods in Hydrogeophysics. Comptes Rendus Géoscience, Elsevier Masson, vol. 341 (10-11), pp.928-936. ff10.1016/j.crte.2009.08.008ff. ffhal-00454925f

Loke, M.H., 2011. Electrical Resistivity Surveys And Data Interpretation, Geoto-mo Software, https://www. researchgate.net/publication/285795285_Electrical_Resistivity_Surveys_and_Data_Interpretation.

Reif-Acherman, S., 2016. Georg Simon Ohm And The First Comprehensive Theory Of Electrical Conductivity In Metals, Proceedings of the IEEE | Vol. 104, No. 1, January 2016.

Spicer, H.C., 1950. Investigation Of Bedrock . Depths By Electrical-Resistivity Methods In The Ripon-Fond Du Lac Area, Wisconsin, Geologycal Sur-vey Circular, vol. 69, March 1950.

Varentsov, I.M., Kulikov, V.A., Yakovlev, A., and Yakovlev, D., 2013. Possibil-ities of magnetotelluric methods in geophysical exploration for ore min-erals, Physics of the Solid Earth, Vol. 49, No. 3, pp. 309–328. Pleiades Publishing, Ltd., 2013.


3.1 PENDAHULUANMetode geolistrik sangat berkaitan erat dengan konfigurasi atau geome-

tri susunan elektroda arus dan elektroda potensial yang digunakan. Misalnya konfigurasi yang menggunakan 4 (empat) buah elektrodanya terletak dalam satu garis lurus dengan posisi elektroda AB dan MN yang simetris terhadap titik pusat pada kedua sisi yaitu konfigurasi Wenner dan Schlumberger. Seti-ap konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk mengetahui nilai ketebalan dan resistivitas batuan di bawah permukaan. Metoda geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda yang banyak digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan dengan biaya sur-vei yang relatif murah. Teknik pengukuran geolistrik di lapangan telah berkem-bang dari penggunaan sepasang elektroda sumber arus dan sepasang elek-troda penerima beda potensial menjadi beberapa elektroda sekaligus (multi electrode), seperti Gambar (3.1) Setiap elektroda dapat berfungsi sebagai sumber atau penerima pada saat tertentu. Penggunaan elektroda semacam ini, dapat meningkatkan produktivitas dan menekan biaya operasional lapa-ngan.

BAB 3KONFIGURASI PENGUKURAN GE0LISTRIK

Gambar 3.1 Model susunan multielektroda pada pengukuran geolistrik.


Untuk mendapatkan data yang lebih panjang pada suatu daerah cak-upan sesuai lintasan target baik untuk mendapatkan informasi secara ver-tikal dan horizontal ataupun pengukuran sounding dan profiling dilakukan dengan metode roll-along, yaitu kabel digeser ke beberapa satuan jarak elektroda. Semua pengukuran yang melibatkan elektroda pada bagian ka-bel yang tidak tumpang tindih (overlapping) akan diulang (Loke, et. al, 2013) (Gambar 3.2).

Umumnya lapisan batuan tidak mempunyai sifat homogen sempur-na, seperti yang dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik. Untuk posisi lapisan batuan dangkal atau dekat permukaan tanah akan sangat berpen-garuh terhadap hasil pengukuran potensial listrik dan ini akan membuat data geolistrik menjadi menyimpang dari nilai sebenarnya. Faktor yang dapat memengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah fragmen batuan lain yang menyisip pada lapisan, ketidakseragaman dari pelapukan batuan induk, material yang terkandung pada jalan, genangan air setempat, perpi-paan dari bahan logam yang bisa menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ke tanah atau faktor lainnya.

Gambar 3.2 Skema model sistem multielektroda dan titik pengukurannya.


DAFTAR PUSTAKA

Alwan, I.A.K., 2013. Comparison between Conventional Arrays in 2D Electri-cal Resistivity Imaging Technique for Shallow Subsurface Structure De-tection of the University of Technology, Eng. &Tech. Journal, Vol. 31, Part (A), No.10, 2013, p.1817-1824.

Anonymous, 2019. Principles and testing methods of earth ground resistance, https://www.ee.co.za/article/principles-testing-meth ods-earth-ground-resistance.html, di akses 10 Oktober 2019.

Faleiro, E., Asensio, G., Denche, G., Garcia, D., and Moreno, J., 2019. Wen-ner Soundings for Apparent Resistivity Measurements at Small Depths Using a Set of Unequal Bare Electrodes: Selected Case Studies, Ener-gies 2019, 12, 695; doi:10.3390

Golovko, L. and Pozdnyakov, A.I., 2010. Applications of Self‐Potential Method in Agriculture, Conference Paper https://www. researchgate. net/publica-tion/ 227339849_Applications_of_Self-Potential_Method_in_Agriculture

Loke, 2000. Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies, A practical guide to 2-D and 3-D surveys, Copyright (1999) M.H. Loke

Loke, M. H. 2010. Tutorial: 2-D and 3-D Electrical Imaging Surveys. From www.geoelectrical.com

Loke, M, H., Chambers, J.E., Rucker, D.F., Kuras, O., and Wilkinson, P.B., 2013. Recent developments in the direct-current geoelectrical imaging method, Journal of Applied Geophysics 95 (2013), p.135–156.

Ogungbe, A.S., Olowofela, J.A., Da-Silva, J.A., Alabi, AA., and Onori, E.O., 2010. Subsurface Characterization using Electrical Resistivity (Di-pole-Dipole) method at Lagos State University (LASU) Foundation School, Badagry, Advances in Applied Science Research, 2010, Vol. 1 (1), p. 174-181.

Telford, W.M., Geldart, L.P. and Sheriff, R.E., 1990. Applied Geophysics: Sec-ond Editon, Cambridge University Press, USA.


4.1 PENDAHULUANMetode Potensial Diri (Self Potential-SP) merupakan metode geofisika

yang paling tua tanpa menginjeksikan arus, pertama kali ditemukan pada ta-hun 1830 oleh Robert Fox dengan menggunakan elektrode tembaga yang dihubungkan ke sebuah galvanometer untuk mendeteksi lapisan coppere sul-fida di Carnwall (England) (Markus, 2017). Didalam batuan terdapat miner-al-mineral yang mempunyai matrik dan pori-pori sehingga terdapat elektron yang bergerak didalamnya, dengan begitu terdapat arus alam. Karena arus alam sangat kecil jika dibandingkan dengan arus yang di injeksi maka digu-nakan alat ukur yang lebih sensitif. Pengukuran SP dilakukan pada lintasan tertentu dengan tujuan untuk mengukur beda potensial antara dua titik yang berbeda. Untuk melakukan pengukuran metode SP ini dengan menggunakan elektroda “phorous pot” agar memperoleh kontak yang baik antara elektroda dan lapisan tanah (Markus, 2017).

Metode SP banyak diaplikasikan sebagai survei hidrotermal dan digu-nakan untuk membantu pemetaan geologi, misalnya melihat delineasi zona geser, patahan dekat permukaan dan anomali di bawah permukaan tanah. Mengetahui sumber yang dapat menyebabkan terjadinya perbedaan potensi-al sangat penting untuk mengurangi noise. Pengolahan data biasanya dilaku-kan dengan membuat peta potensial dengan antara elektrode base dengan elektrode rover.

Perbedaan potensial dihasilkan di dalam bumi atau di dalam batuan yang ter-alterasi oleh kegiatan manusia maupun alam. Potensial alami terjadi aki-bat ketidaksamaan atau perbedaan material-material, dekat larutan elektrolit dengan perbedaan konsentrasi dan karena aliran fluida di bawah permukaan (Telford, et.al. 1990) membuat formula tentang persamaan untuk perbedaan potensial. Umumnya metode SP adalah metode yang diinterpretasikan se-cara kualitatif dan bukan metode yang berusaha untuk mengkalkulasi berapa ukuran anomali dari suatu benda penyebab anomali, karena tidak diketahui bentuk dari benda tersebut, densitas atau konsentrasinya dari beragam mas-

BAB 4METODE POTENSIAL DIRI


sa dan karakteristik kelistrikannya. Mengenali sumber yang menyebabkan terjadinya perbedaan potensial

adalah sangat penting untuk mengurangi munculnya noise. Pengolahan data biasanya dilakukan dengan membuat peta potensial antara base (reference) elektrode dan potensial elektrode berjalan. Apabila ada atau terjadi aliran gas dan fluida di dalam suatu pipa, maka rembesan dari suatu reservoir didalam suatu struktur pondasi akan juga menyebabkan terjadinya perbedaan poten-sial.

4.2 PRINSIP DASAR METODE SPPrinsip dasar pengukuran dengan metode SP adalah untuk mengukur

tegangan statis alam (static natural voltage) yang berada pada titik-titik di per-mukaan tanah. Metode ini juga merupakan metode Geofisika yang paling se-derhana dilakukan, karena hanya memerlukan alat ukur tegangan yang peka dan dua elektroda khusus (Porous Pot Electrode). Elektroda yang bersen-tu-han dengan permukaan tanah harus merupakan jenis nonpolarisasi, juga disebut Porous Pot (Gambar 4.1) dan mekanisme dari anomali SP seperti pada Gambar (4.2). Metode ini termasuk dalam metode pasif karena untuk mendapatkan informasi bawah tanah melalui pengukuran tanpa menginjeksi arus listrik melalui permukaan tanah (Nyquist and Corry 2002).

Gambar 4.1 Skema aliran induksi potensi induksi negatif.


DAFTAR PUSTAKA

Corwin, R.F., 1990. The self-potential method for environmental and en-gineering applications. In: S.H. Ward (ed). Geotechnical and environ-mental geophysics. Vol. I: Review and tutorial. Soc. of Exploration Geo-physics. P.O. Box 702740/Tulsa, OH 74170-2740.

Hendrajaya, L., dan Arif, I., 1988. Geolistrik Tahanan Jenis. Laboratorium Fisi-ka Bumi. Jurusan FMIPA. ITB. Bandung.

John, W. S., 2004. Detectivy Seepage Through a Natural Moraine Dam using The Self Potensial Method. New York: University Press.

Markus, 2017. An Overview of The Self-Potential (Spontaneous-Potential) Method, https://www.agiusa.com/ overview-of-the-self-potential-method

Nyquist, J.E., and Corry, C.E., 2002. Self-potential: The ugly duckling of envi-ronmental geophysics, The Leading Edge, May, 2002, p. 446-451.

Revil, A., Ehouarne, L. and Thyreault, E., 2001. Tomography of self-potential anomalies of electrochemical nature, Geophysical Research Letters, De-cember 2001, 28(23), p.4363-4366

Reynolds, J., 1997. An Introductions to Applied and Enviromental Geophys-ics. Singapore: John Willey and Sons.

Sato, M. and Mooney, H.M., 1960. The electrochemical mechanism of sul-phide self potentials. Geophysics, 25,226-49.

Telford, W.M., Geldart, L, P., Sheriff, R,E., and Keys, D,A., 1990. Applied Geo-physics. Cambridge University Press. New York. London. Melbourne.


5.1 PENDAHULUANMetode Induced Polarization (IP) atau Polarisasi Terimbas adalah salah

satu metode geofisika yang relatif baru, hasil pengembangan dari metode geolistrik. Tidak seperti metode gefisika lainnya, yang biasa digunakan untuk eksplorasi mineral sejak tahun 1920-an, metode IP belum banyak digunakan dalam eksplorasi hingga tahun 1950-an. Namun demikian, secara teknis dan praktek IP mempunyai kemampuan dan sangat efektif dalam eksplorasi be-berapa lingkungan geologi, dan hingga sekarang penggunaan dalam eksplor-asi mineral telah meningkat hampir 50% dibandingkan penggunaan metode geofisika lainnya. Apalagi dengan perkembangan software pengolahan data yang sangat mempercepat proses pemodelannya. Sehinggan metode IP ini, selain untuk eksplorasi mineral, saat ini sudah mulai dikembangkan sebagai alat untuk aplikasi panas bumi, hidrologi dan lingkungan (Reynolds Interna-tional, 2011)

IP menyerupai metode Geolistrik Resistivitas dalam pemakaian arus lis-trik yang dikirimkan transmitter ke tanah melalui dua buah elektroda arus dan perbedaan tegangan (Voltage) diukur diantara dua elektroda potensial. Da-lam tanah yang tidak mengandung mineral, jika aliran arus diputus, tegangan antara elektroda potensial dengan segera turun menjadi nol. Akan tetapi jika tanah mengandung sejumlah mineral, kebanyakan mineral sulfide (seperti py-rite, calcopyrite, galena) tegangan yang diperoleh tidak langsung nol tetapi turun perlahan-lahan menuju nol setelah beberapa detik.

Efek tersebut diketahui sebagai efek Induced Polarization (IP). Mineral yang menyebabkannya disebut Polarizable. Amplitudo dari penurunan tegan-gan itu secara kasar sebanding dengan kualitas mineral yang terpolarisasi di sekitar 4 (empat) elektroda tersebut.

5.2 MEKANISME METODE IP Mekanisme IP dapat dijelaskan dengan memahami mekanisme pergera-

kan arus listrik yang melewati mineral logam. Polarisasi elektroda terjadi pada

BAB 5METODE POLARISASI TERIMBAS


permukaan mineral logam, dimana arus listrik yang mengalir akan berubah dari elektrolit menjadi elektronik. Kumpulan muatan menghasilkan tegangan yang cenderung berlawanan aliran arus listrik yang melewati interface dan partikel yang disebut terpolarisasi. Ketika arus diputus, potensial residual ma-sih ada pada partikel, karena ikatan muatan ionik, tetapi terus berkurang se-cara kontinu, dan secara perlahan ion berdifusi kembali ke pori elektrolit, yang memberikan efek polarisasi terinduksi (Parasnis, 1973).

Di lapangan metode ini mengukur variasi transient jangka pendek se-bagai respon potensial dari arus yang awalnya diinjeksikan lalu dihilangkan dari dalam tanah. Bila arus listrik diinjeksikan pada tanah, maka tanah berper-ilaku seperti sebuah kapasitor (Gambar 5.1). Maka nilai atau hasil yang dapat diamati adalah polarisasi hasil induksi arus (Reynold, 2011), diilustrasikan pada Gambar (5.2). IP umumnya digunakan untuk mendeteksi konsentrasi dari tanah liat, dan listrik konduktif butiran mineral logam. Konsep metoda IP pada dasarnya merupakan metoda yang menggunakan sifat potensial listrik alami suatu massa (endapan) di alam. Tetapi biasanya anomali yang diber-ikan oleh metoda ini tidak dapat langsung dapat dikatakan sebagai miner-al logam tanpa ada kepastian dari metoda lain atau kepastian dari kegiatan geologi lapangan.

Gambar 5.1 Prinsip metode IP yang berprilaku sebagai kapasitor.

Karena pengukuran dalam metoda IP diperoleh langsung dari hubungan listrik dengan bawah permukaan, maka metoda ini tidak baik digunakan pada lapisan-lapisan yang mempunyai sifat pengantar listrik yang tidak baik (isola-tor), seperti batuan kristalin yang kering.


DAFTAR PUSTAKA

Martorana, R., Capizzi, A., Alessandro, D and Luzio, D., 2017. Comparison of different sets of array configurations for multichannel 2D ERT acquisi-tion, Journal of Applied Geophysics vol.137, p.34-48

Reynolds, J. M., 1997. An Introduction to Applied and Environmental Geo-physics. Chichester: John Wiley and Sons Ltd. 796p.

Parasnis, D.S., 1973, Mining geophysics; ed. 2: Amsterdam, Elsevier Sci. Publ. Co., 356 p.

Reynolds Internasional, 2011, Induced Polarization (IP), Technical Summary Sheet NO. 17, https://www.reynolds- international.co.uk

Sumner, J., 1976. Principles of induced polarization for geophysical explora-tion. Springer, Berlin.

Wait, J.R., 1959. A phenomenological theory of overvoltage for metallic par-ticles; in J.R. Wait, ed., Overvoltage research and geophYsical applica-tions: London, Pergamon Press, p. 22-28.

White, R.M.S., Collins, S., and Lokem M.E., 2003, Resistivity and IP arrays, optimised for data collection and inversion, Exploration Geophysics (2003) 34, 229–232.


6.1 PENDAHULUANTerdapat kaitan yang sangat erat antara muatan listrik dan materi ter-

utama dalam kaitan sifat fisik suatu materi dengan muatan listriknya. Suatu materi merupakan kumpulan sejumlah besar atom atau molekul. Molekul terdiri atas atom-atom, sedangkan atom-atom itu sendiri terdiri dari inti yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh awan elektron yang bermuatan negatif. Batuan merupakan salah satu jenis materi, sehingga batuan juga mempunyai sifat-sifat kelistrikan. Sifat kelistrikan dari batuan adalah karakteristik dari ba-tuan bila dialirkan arus listrik ke dalamnya. Arus listrik ini dapat berasal dari alam itu sendiri akibat terjadinya ketidakseimbangan atau arus listrik yang sengaja diinjeksikan ke dalamnya. Sebagian besar penelitian teoretis dan eksperimen mengenai sifat elektrokinetik geomaterial, yang telah dilakukan adalah pada batuan yang didominasi oleh silika (Glover, 2015).

Pada sebagian besar batuan yang ada di dekat permukaan bumi, peris-tiwa konduksi didominasi oleh konduksi elektrolitik di larutan yang terdapat kandungan garam yang terdistribusi melalui pori-pori batu atau pada bidang batas (interface) air dan batuan. Matriks batuan itu sendiri biasanya merupa-kan isolator, dan resistivitas batuan sangat bergantung pada porositas (dan struktur pori batuan), jumlah air (yang tersaturasi), salinitas, temperatur, in-teraksi dan alterasi air-batuan, tekanan dan kandungan uap dalam air (Hersir and Arnason, 2010).

Sebagian besar mineral batuan dan tanah adalah isolator dengan re-sistivitas sangat tinggi. Namun, pada beberapa mineral konduktif seperti magnetit, karbon, grafit, pirit, dan pirhotit terdapat dalam jumlah yang cuk-up dalam batuan akan sangat mempengaruhi konduktivitas batuan. Gambar (6.1) menunjukkan nilai resistivitas dan konduktivitas beberapa jenis batuan. Isolator disifatkan dengan adanya ikatan ionik sehingga elektron valensi tidak bebas bergerak. Perbedaan lain dari konduktor dan semi-konduktor adalah variasinya terhadap suhu. Konduktor konduktivitasnya tinggi pada temperatur sekitar 0 K, sebalinya untuk semi-konduktor. Secara umum batuan dan miner-

BAB 6SIFAT KELISTRIKAN BATUAN


al dapat dikelompokkan sebagai konduktor menjadi 3 kelompok:a. Konduktor baik, nilai resistivitasnya 10-8 – 1 Vmb. Konduktor sedang, nilai resistivitasnya 1 – 107 Vmc. Konduktor buruk (isolator), nilai resistivitasnya lebih dari 107 Vm.

6.2 CARA ALIRAN ARUS PADA BATUAN Dalam geofisika, sangat penting untuk mempelajari konsep dan penge-

tahuan dasar tentang sifat kelistrikan suatu batuan, karena berkaitan dengan metode pengukuran bawah permukaan untuk mengetahui sifat kelistrikan suatu formasi atau anomali bawah permukaan tersebut. Batuan merupakan material yang mempunyai daya hantar listrik (konduktivitas) dan tahanan je-nis (resistivitas) tertentu. Untuk batuan yang sama, belum tentu mempunyai resistivitas yang sama. Demikian juga sebaliknya batuan berbeda bisa memi-liki nilai resistivitas yang sama, hal ini terjadi karena nilai resistivitas batuan memiliki rentang nilai yang bisa saling berdekatan atau bahkan saling tump-ang tindih. Sifat kelistrikan batuan adalah karakteristik dari batuan bila dialir-kan arus listrik ke dalamnya.

Gambar 6.1 Resistivitas conductivitas beberapa jenis batuan (Palacky, 1987).


DAFTAR PUSTAKA

Campanya, J., Jones, A.J., Vozar, J., Rath, V., Blake, S., Delhaye, R., and Farrell, T., 2015. Porosity and Permeability Constraints from Electrical Resistivity Models: Examples Using Magnetotelluric Data, Proceedings World Geothermal Congress 2015 Melbourne, Australia, 19-25 April 2015, p.1-8.

Glover, P.W.J., 2015. Geophysical Properties of the Near Surface Earth: Elec-trical Properties, Treatise on Geophysics 2nd Edition, Elsevier.

Hendrajaya, L. dan Arif, I., 1990. Geolistrik Tahanan Jenis. Monografi: Metoda Eksplorasi. Laboratorium Fisika Bumi. ITB, Bandung.

Hersir, G.P., and Arnason, K., 2010. Resistivity of Rocks, Presented at Short Course V on Exploration for Geothermal Resources, organized by UNU-GTP, GDC and KenGen, at Lake Bogoria and Lake Naivasha, Kenya, Oct. 29 – Nov. 19, 2010.

Huang, B. and Pan, B., 2004. Characteristics of log responses and lithology determination of igneous rock reservoirs, Journal of Geophysics and En-gineering, Vol. 1, Issue 1, March 2004, p.51–55.

Kennedy, W.D. and Herrick, D.C., 2012. Conductivity models for Archie rocks, Geophysics, Vol. 77, (3).

Knight, R. J. and Endres, A. L., 2005. Chapter 3: An Introduction to Rock Physics Principles for Near-Surface Geophysics, in: NearSurface Geo-physics, Society of Exploration Geophysics, edited by: Butler, D. K., Tul-sa, Oklahoma, p.31–70, .

Korja, T., 1997. Electrical Conductivity of the Lithosphere - Implications for the Evolution of the Fennoscandian Shield, Geophysica (1997), vol. 33, (1), p.17-50.

Palacky, G., 1987. Resistivity Characteristics of Geological Targets. In: Nab-ighian, M., Ed., Electromagnetic Methods in Applied Geophysics-Theory, Society of Exploration Geophysicists Tulsa, OK, 53-129.

Diterbitkan olehPercetakan & PenerbitSYIAH KUALA UNIVERSITY PRESSJln. Tgk. Chik Pante Kulu No. 1Kopelma DarussalamTelp. 0651-812221email: [email protected] [email protected]

https://unsyiahpress.unsyiah.ac.id

Muhammad SyukriMuhammad Syukri menerima gelar Sarjana Sains dalam bidang Ilmu Fisika dari ITS Surabaya, dan gelar Magister Teknik dalam bidang Geofisika Terapan dari ITB Bandung, terakhir menerima gelar Ph.D di bidang Geofisika dari USM Malay-sia tahun 2006. Minat penelitiannya saat ini ada-lah pada bidang geofisika terapan dan lingkun-gan. Selain itu dia juga anggota dari Society of Exploration Geophysicists (SEG), Himpunan Ahli Geofisika Indonesia (HAGI), dan Physical Soci-ety of Indonesia (PSI). Minat lainnya adalah men-dengar musik dan melakukan perjalanan.



BUKU AJAR

MUHAMMAD SYUKRI

MU

HA

MM

AD

SY

UK

RI

BU

KU

AJA

R D

AS

AR

-DA

SA

R M

ET

OD

E G

EO

LIS

TR

IK

Dasar-Dasar Metode Geolistrik

Documents