METODE INDUCED POLARISASI

Pendahuluan

Metode induced polarisasi atau polarisasi terimbas adalah salah satu metode

geofisika yang pada umumnya digunakan untuk eksplorasi base metal dan logam.

Metode induced polarisasi ini termasuk di dalam metode geolistrik. Dimana

prinsipnya hampir sama yaitu dengan menginjeksika aruas melalui dua elektroda arus.

Besar arus yang diinjeksikan dicata dan dua elektroda potensial digunakan untuk

mengukur potensial yang dihubungkan dengan voltmeter.

Metode induced polarisasi ini memiliki keunggulan dibandingkan dengan

metode geolistrik yang lainnya, yaitu hasil pengukuran dengan menggunakan metode

induced polarisasi ini dapat merespon atau mengukur resistivitas dan percent

frequency effect (PFE) secara vertikal dan horizontal.

1.1 Fenomena Induced Polarisasi

Secara praktek, fenomena polarisasi terimbas dapat diterangkan

dengan menggunakan empat elektroda A, B, M, dan N. Dimana A dan B sebagai

elektroda arus yaitu digunakan untuk menginjeksikan arus ke dalam tanah

sedangkan M dan N sebagai elektroda potensial yang digunakan untuk mengukur

besarnya beda potensial.

Pada beberapa kasus, perbedaan potensial yang terukur tidak langsung

naik atau turun secara drastis sesaat setelah arus diinjeksikan atau di matikan.

Kurva variasi perbedaan potensial terhadap waktu yang dihasilkan berbentuk

asimtotik dengan perbedaan potensial (∆V) mendekati tak hingga atau nol.

1.2 Sumber Efek Induced Polarisasi

Selama arus dialirkan ke dalam tanah, maka terjadi penyimpanan energi

di dalam material yang dialiri oleh arus. Secara teori, penyimpanan ini akan

terjadi dalam berbagai bentuk energi yaitu energi mekanik, energi listrik dan

energi kimia. Namun dari hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa

energi kimia ini mempunyai pengaruh yang cukup besar dalam proses terjadinya

fenomena induced polarisasi.

Energi kimia ini tersimpan sebagai hasil dua peristiwa yaitu :

1. Variasi mobilitas ion dalam cairan sepanjang struktur batuan

Peristiwa ini akan menghasilkan suatu efek yang disebut dengan

membran or electrolyte polarization atau normal IP effect. Peristiwa

pertama ini dapat terjadi jika batuan tidak mengandung mineral metal

(metallic mineral).

2.Variasi ion dan konduktivitas elektronik

Peristiwa ini dipengaruhi oleh keberadaan mineral logam dalam

batuan, yang akan menimbulkan efek yang disebut dengan elektrode

polarization or overvoltage.

1.3 Timbulnya Polarisasi Pada Batuan

Ada dua penyebab timbulnya polarisasi pada batuan yaitu :

a. Polarisasi Membran

Polarisasi membran terjadi pada pori-pori batuan yang mengandung

mineral lempung yang bermuatan negatif yang mengalami kontak dengan

larutan. Karena muatannya negatif, mineral lempung akan mampu menarik

ion-ion positif sehingga membentuk awan positif disekitar permukaannya dan

meluas pada elektrolit. Penumpukan muatan ini akan menghambat jalannya

arus listrik yang melaluinya sehingga terjadilah hambatan disepanjang pori-

pori batuan yang mengandung mineral lempung. Dengan terbentuknya

hambatan-hambatan berupa membran-membran, maka mobilitas ion akan

berkurang sehingga terbentuklah gradien konsentrasi ion-ion yang menentang

arus listrik yang melaluinya. Gejala ini menunjukkan adanya polarisasi.

Gambar 1. (a) Keadaan normal ion pada batupasir porous sebelum ada arus, (b) Polarisasi membran pada batupasir sesudah dialiri arus. Sumber: M. Telford (1990;704)

b. Polarisasi Elektrode

Polarisasi elektrode adalah polarisasi yang terjadi jika mineralnya

konduktif dari batuan kontak dengan larutan didalam pori-pori batuan.

Mineral batuan yang mengandung mineral konduktif dipandang sebagai suatu

elektrode yang berada di dalam elektrolit, sehingga mula-mula akan terjadi

proses oksidasi dan reduksi (reaksi redoks) karena timbulnya beda potensial

antara mineral konduktif dengan larutan sampai terjadi keseimbangan. Dalam

keadaan setimbang ini akan terjadi proses penggabungan dan pelepasan

muatan antara logam dan larutan dalam jumlah yang sama, dan sama sekali

tidak ada arus yang mengalir. Apabila ada gangguan luar, misalnya pengaruh

arus yang dialirkan, maka keadaan setimbang akan terganggu sehingga akan

timbul polarisasi pada elektrolit yang dikenal sebagai polarisasi elektrode.

Gambar 2. Efek polarisasi pada batuan. Gerak muatan di dalam elektrolit pada pori-pori (atas). Sumbatan oleh mineral logam menyebabkan polarisasi elektroda pori (bawah). Sumber: M. Telford (1990;704)

1.4 Prinsip Pengukuran

Ada tiga cara pengukuran dengan menggunakan metode induced

polarisasi, yaitu :

1. Pengukuran dalam kawasan waktu (Time Domain Measurement)

Pengukuran dalam kawasan waktu ini menggunakan arus DC. Prinsip

pengukuran dalam kawasan waktu adalah dengan mengalirkan arus listrik

berbentuk persegi panjang melalui sepasang elektrode arus dan mengukur

beda potensial yang timbul pada sepasang elektrode potensial setelah arus

utama dimatikan, sehingga sampai ketingkat tanggap atau respon sekunder dan

meluruh terhadap waktu.

Besaran pengukur derajat terpolarisasi terdiri dari :

a. Milivolt per volt dan prosen Induced Polarization (IP)

Milivolt per volt dan prosen induced polarisasi merupakan besaran

pengukur derajat terpolarisasi yang paling sederhana, yaitu mengukur

tegangan residual pada waktu tertentu setelah arus diputuskan. Tegangan

residual ini sangat kecil sehingga umumnya dinyatakan dalam milivolt,

sedangkan tegangan normal dalam volt. Akibatnya efek IP yang timbul

sering dinyatakan dalam milivolt per volt (mV/V).

b. Chargeability

Chargeability merupakan besaran makro yang tergantung pada

jenis bahan dan selang waktu pengukuran, yang dapat didefinisikan :

(1)

Dengan V1 adalah tegangan polarisasi pada saat arus diputus

sedangkan Vo adalah tegangan pada arus mengalir. Namun, dalam

prakteknya sulit menentukan V1 tetapi kita hanya dapat menentukan

tegangan residual, V(t) pada waktu yang singkat setelah arus diputuskan

sehingga persamaan (1) dapat dituliskan :

(2)

2. Pengukuran dalam kawasan frekuensi (Frequency domain measurement)

Pengukuran dalam kawasan frekuensi ini menggunakan arus AC.

Prinsipnya adalah dengan mengalirkan arus listrik ke dalam tanah dalam

dua frekuensi yang berbeda dalam waktu tertentu. Alasan penggunaan dua

frekuensi yang berbeda ini adalah bahwa setiap bahan memiliki tanggap

atau respon yang berbeda untuk jenis arus tertentu yang sama frekuensinya.

Tegangan yang dihasilkan mencerminkan sifat polarisasi bahan yang

bersangkutan. Biasanya range frekuensi yang digunakan dalam frequency

domain measurement berkisar antara 0,1 sampai 10 Hz.

Besaran pengukur derajat terpolarisasi terdiri dari :

a. Percent Frequency Effect (PFE)

Percent Frequency Effect (PFE) merupakan hubungan antara

efek frekuensi dengan jumlah kandungan mineral sulfida (logam).

Definisi Frequency Effect dan Percent Frequency Effect dapat dilihat

pada persamaan (3) dan (4), yaitu :

(3)

(4)

Dengan ρDC adalah resistivitas yang diukur dengan

menggunakan arus DC dan ρAC merupakan resistivitas yang diukur

dengan menggunakan arus AC. Namun pada prakteknya pengukuran

dalam kawasan frekuensi dibuat dengan cara mengukur arus pada dua

atau lebih frekuensi dalam range 0.1 – 10 Hz, dengan memakai asumsi

ρDC adalah resistivitas yang diukur pada frekuensi rendah sedangkan

ρAC adalah resistivitas yang diukur pada frekuensi tinggi.

Hal-hal yang dapat mempengaruhi nilai PFE adalah ukuran

mineral konduktif, volume mineral terhadap kedalaman mineral dan

tahanan rata-rata batuan background.

b. Metal Faktor (MF)

Efek induced Polarization (IP Effect) bervariasi terhadap

resistivitas efektif dari host rock, tipe elektrolit, suhu, ukuran pori dan

lain-lain. Parameter Metal Faktor (MF) ini yang pertama kali

diperkenalkan oleh Marshall&Madden (1959) digunakan untuk

mengkoreksi beberapa variabel di atas. Parameter Metal Faktor (MF)

ini didefinisikan melalui persamaan (5), yaitu :

(5)

dengan satuan MF adalah mhos/ft atau mhos/m. Parameter Metal

Faktor (MF) berguna untuk mendefinisikan daerah yang memiliki

kandungan sulfida yang konduktif dan polarisabel yang ditunjukkan

oleh harga PFE yang lebih tinggi dan ρDC yang lebih rendah daripada

lingkungannya.

c. Pengukuran Sudut Phase (Phase Angle Measurement)

Pengukuran sudut fase ini dilakukan dengan mengukur

perbedaan sudut fase antara sinyal tegangan yang diterima dan

masukan bentuk gelombang (waveform) arus, dengan memakai asumsi

bentuk gelombangnya adalah sinusoidal.

Pada tahanan jenis, sudut fase adalah arcus tangen antara

perbandingan komponen imajiner tahanan jenis dengan komponen

realnya, didefinisikan :

(6)

1.5 Efek Gangguan dalam Pengukuran Metode Induced Polarisasi

Untuk memperoleh hasil pengukuran yang akurat, maka data yang

pengukuran harus diusahakan bebas dari noise. Namun, hal ini tidaklah mungkin

karena di alam noise tidak dapat dihilangkan. Untuk itu, kita harus mengenal

beberapa efek gangguan dalam pengukuran metode induced polarisasi sehingga

kita akan mendapatkan data lapangan yang seminimal mungkin dipengaruhi oleh

noise (good signal to noise ratio).

1. Pengukuran dalam Kawasan Waktu

Stray current

Stray current ini berupa arus yang mempunyai frekuensi rendah,

hanya beberapa Hz saja. Keberadaan stray current ini sangat

berpengaruh terhadap keakuratan data hasil pengukuran.

Self Potensial

Keberadaan Self Potensial di alam diakibatkan oleh adanya

vein-vein logam tertentu atau adanya fenomena filtrasi elektro. Arus

alam ini akan menghasilkan perbedaan potensial yang besarnya dapat

mencapai puluhan milivolt.

Untuk meminimalisir efek self potensial dalam pengukuran

dengan menggunakan metode induced polarisasi, maka yang harus

dilakukan adalah tetap menjaga sinyal masukan tetap dalam batas skala

pengukuran.

Noise yang ditimbulkan oleh elektroda

Sebelum dilakukan akuisisi data pada pengukuran dalam

kawasan waktu, harus terlebih dahulu dipastikan bahwa elektrode

potensial telah ditanamkan cukup dalam di dalam tanah. Hal ini

dilakukan untuk menghindari adanya fenomena elektrokimia pada saat

terjadinya kontak antara elektrode dengan tanah.

Arus tellurik

Keberadaan arus tellurik ini dapat menyebabkan terjadinya

kesulitan dalam pengukuran. Hal ini disebabkan karena keberadaan

arus tellurik ini dapat menyebabkan kurva asimtotik zero polarisasi

terimbas mempunyai variasi yang konstan terhadap waktu, cenderung

mengikuti fluktuasi arus tellurik.

Untuk meminimalkan efek ini, sebaiknya dilakukan pembacaan

harga potensial beberapa kali dan memperkecil waktu untuk satu kali

siklus pembacaan dilakukan karena arus tellurik mempunyai periode

yang cukup besar.

Noise akibat frekuensi dari arus di kabel pengukuran

Jika kabel yang digunakan untuk menyambung elektrode

potensial dan receiver terlalu panjang maka dapat memungkinkan

terjadinya induksi yang disebabkan oleh medan magnet alam.

Untuk mencegah noise ini sebaiknya receiver berpindah untuk

setiap stasiun sehingga kabel yang digunakan untuk menyambungkan

elektroda potensial dan receiver dapat sependek mungkin.

2. Pengukuran dalam kawasan Frekuensi

Efek gangguan (noise) yang dapat timbul pada pengukuran dalam

kawasan frekuensi adalah adanya arus yang mempunyai frekuensi yang lebih

tinggi (sekitar 50-60 Hz) dari frekuensi yang digunakan dalam pengukuran

metode induced polarisasi. Gangguan ini akan muncul, terutama, jika daerah

penelitian merupakan kawasan industri.

1.6 Konfigurasi Elektrode Akuisisi Data Metode Induced Polarisasi

Konfigurasi elektrode yang sering digunakan dalam akuisisi data metode

induced poloarisasi adalah konfigurasi dipole-dipole. Konfigurasi ini

menggunakan dua elektrode arus (A dan B) dan dua elektrode potensial (M dan

N). Disebut dipole-dipole karena, misalkan l1 = AB, l2 = MN dan L =xy spasi

dengan x adalah titik tengah antara dua elektrode potensial (MN) dan y adalah

titik tengah antara dua elektrode arus (AB). Dalam prakteknya, sering digunakan

simmetrical dipole-dipole array (konfigurasi dipole-dipole simetri) karena l1=l2

dan BM = xy – l= L – l =nl.

1.7 Pseudodepth Section

Pseudodepth Section merupakan gambaran penampang vertikal dari suatu

irisan dimana terdapat titik-titik ploting (plotting points) yang digambarkan

dalam suatu kedalaman yang berbeda berdasarkan posisi elektrode arus dan

elektrode potensial. Titik tersebut membentuk suatu sudut sebesar 45oyang

terletak antara posisi tengah receiver dan posisi transmitter yang berubah-ubah

dengan kerapatan n. Hasil pengolahan data dapat ditampilkan dalam bentuk

Pseudodepth Section yang mana besarnya tahanan jenis semu (apparent

resistivity) tergantung pada jarak spasi elektrode yang digunakan. Besarnya

penetrasi yang didapatkan pada suatu kedalaman tertentu adalah :

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 1 adalah

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 2 adalah

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 3 adalah a

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 4 adalah 2a

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 5 adalah

1.8 Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam pengambilan data dengan menggunakan

metode polarisasi terimbas terdiri dari :

o Alat Induksi Polarisasi (IP) Merek Iris Model Syscal Junior

o Sumber energi listrik cadangan (Accu)

o 2 Gulung kabel arus

o 2 Gulung kabel potensial

o 2 Elektroda arus

o 2 Elektroda potensial

o Meteran @ 100 meter

o Multitester

o GPS (Global Positioning System)

o Alat komunikasi (Handy Talky)

o Kompas Geologi

o Palu Geologi

o Peta geologi daerah penelitian (skala 1: 100)

1.9 Akusisi Data

Prosedur pengambilan data lapangan metode induced polarisasi dalam

kawasan waktu dengan konfigurasi dipole-dipole adalah :

Prosedur pengambilan data lapangan metode induced polarisasi dalam

kawasan waktu dengan konfigurasi dipole-dipole adalah :

Pertama-tama cek kabel dan alat apakah sudah sesuai dengan konfigurasi

dipole-dipole

Cek bateray pada alat dengan tombol BATT baik internal maupun

eksternal, dimana syarat toleransi untuk bisa dilakukan pengukuran

adalah jika besar voltagenya ≥10, dan jika voltagenya kurang dari 10

hasil pengukurannya sudah tidak baik.

Cek RS dengan RS CHECK agar dapat diketahui apakah hubungan

antara alat,kabel dengan elektroda sudah baik atau belum. Dalam hal ini

batas harga max RS Cek adalah 5.

Mengatur Mode dengan tombol MODE dan pilih menu Rho and IP

mode dengan menggunakan tombol UP dan DOWN

Memilih susunan elektrode yang akan digunakan dengan tombol E.

ARRAY

Pada pengukuran ini memilih menu dipole-dipole dengan menggunakan tombol

UP dan DOWN

Memilih Konfigurasi yang akan digunakan dengan tombol CONFIG,

pada pilihan mode IP terdapat dua menu pilihan, yaitu

o Pilih menu Raw apabila ingin menampilkan harga true chargeability

saat pengukuran. Konfigurasi Raw ini lebih umum digunakan.

o Pilih menu Normalize dimana harga chargeability yang ditampilkan

akan di sesuaikan dengan kurva standar IP.

Pada pengukuran ini menu yang dipilih adalah menu Raw.

Mengatur spasi dengan tombol SPACING

Alat ini mempunyai keunggulan yang tersendiri dibandingkan dengan

alat-alat resistivity model lain, yaitu alat tersebut sudah dilengkapi dengan

perhitungan harga Konstanta konfigurasi untuk hampir semua macam konfigurasi

yang ada dalam metode geolistrik.

Pemilihan susunan elektrode akan berpengaruh pada tampilan layar

monitornya, dalam penelitian ini karena susunan elektrode yang dipilih dipole-

dipole maka pada layar akan muncul harga XC, XP, D dan Line. XC merupakan

jarak dari titik nol ke elektroda arus yang terdekat dengan elektroda potensial

(MN). XP merupakan jarak dari titik nol ke elektroda potensial yang terdekat

dengan elektroda potensial (AB). D adalah jarak spasi antara elektroda arus

dengan arus sama engan jarak elektroda potensial dengan potensial.

|D| = |AB| = |MN|

Dipole – dipole

D D

X

A B M N

XC

XP

Gambar 3. Konfigurasi dipole-dipole dengan jarak yang dimasukkan XC dan XP yang dimasukkan pada pengaturan spacing pada alat syscal(v 11.5++).

Karena kelengkapan dari alat syscal ini maka hal yang sangat penting

yang harus diperhatikan dan tidak boleh lupa adalah penggantian spasi untuk tiap-

tiap titik pengukuran. Apabila terjadi kelalaian maka akan mempengaruhi harga

yang diperoleh tidak sesuai dengan harga konstanta konfigurasi dipole-dipole itu

sendiri.

1.10 Data Yang di Ambil

0Line

Pada Metode Induced Polarisasi dalam kawasan waktu data yang dicatat

berbeda dengan metode Induced Polarisasi dalam kawasan frekuensi. Data yang

dicatat tersebut adalah besarnya harga beda potensial (V), arus (I) sehingga akan

dapat diperoleh harga resistivitas semu, selainitu data yang dicatat adalah

besarnya harga chargeability (M) dan self potensial (SP).

1.11 Pengolahan Data Lapangan

Tahapan-tahapan pengolahan data dalam metode induced polarisasi dalam

kawasan waktu adalah :

1. Menghitung resistivitas semu (Apparent resistivity)

Pada pengolahan data ini resistivitas yang dihitung adalah

resistivitas semu karena bumi memiliki bukanlah suatu tempat yang

homogen. Resistivitas semu ini dihitung dengan menggunakan

persamaan (7) di bawah ini. Persamaan (7) yang lebih dikenal dengan

sebutan hukum ohm merupakan persamaan dasar dalam metode

geolistrik.

(7)

Dengan V adalah harga tegangan terukur, I adalah besar arus yang

diinjeksikan dan K adalah faktor geometri dari konfigurasi elektroda

dipole-dipole. Besarnya harga K ini dapat dihitung melalui persamaan

(8) dibawah ini.

(8)

Dengan a dalah spasi pengukuran, dan n adalah penetrasi.

2. Chargeability

Alat siscal sudah secara otomatis menghitung besarnya harga

Chargeability sesuai dengan persamaan (1) dan (2). Harga chrgeability

yang diperoleh dalam satuan milivolt per volt (mV/V).

3. Mengukur posisi dan kedalaman titik pengukuran

Posisi dan kedalaman ini dihitung dengan menggunakan

rumusan yang dipakai oleh PT. Aneka Tambang, Tbk dalam pengolahan

data metode IP dalam kawasan waktu.

4. Membuat peta anomali penampang tegak resistivitas semu, dan

chargeability dengan menggunakan RES2DINV

Gambar Diagram Alir Pengolahan Data Induced Polarisasi

Mulai

Pengambilan data lapangan (konfigurasi dipole-dipole)

Data Lapangan I(mA), V(mV), SP (V) dan M (mV/V)

Informasi Geologi

ρapp dan M

Pseudodepth sectiondengan RES2DIVN

Peta Kontur SP dengan Surfer (8)

Interpretasi

KESIMPULAN

Selesai