Ishaq 22114016

Mata Kuliah Topik Khusus

BIDANG KHUSUS EKSPLORASI SUMBER DAYA BUMI PROGRAM PASCA SARJANA REKAYASA PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2015

Pendahuluan

Geolistrik ialah salah satu metode dalam geofisika

yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi.

Pendeteksian di atas permukaan meliputi pengukuran

medan potensial, arus, dan elektromagnetik yang terjadi

balk secara alamiah maupun akibat penginjeksian arus ke

dalam bumi.

Metode aktif jika menggunakan listrik yang diinjeksikan ke

dalam bumi kemudian di ukur, seperti metode resistivity dan

induced polarization (IP).

Metode pasif jika mengukur sifat listrik alamiah seperti

metode self-potensial (SP).

Kelistrikan pada Batuan

Terjadi secara alami; disebabkan oleh aktivitas kimia dan mekanik.

- Mekanik; pelapukan.

- Kimia; bioelectric, korosi, gradien termal dan tekanan.

1. Potensial kelistrikan

Batuan Materi Sifat Kelistrikan

Potensial kelistrikan

a. Potensial Elektrokinetik

Terjadi apabila larutan memiliki resistivitas listrik dan viskositas

yang bekerja pada kapiler atau medium yang berpori.

b. Potensial Difusi

terjadinya perbedaan variasi ion dalam larutan yang memiliki

konsentrasi yang berbeda .

c. Potensial Nerns

Terjadi apabila dua elektroda logam yang identik dimasukkan ke

dalam larutan yang homogen, maka tidak akan terjadi potensial

antara kedua elektroda tersebut.

d. Potensial Mineralisasi

Terjadi apabila dua elektroda logam berbeda dimasukkan ke dalam

larutan yang bersifat homogen.

2. konduktifitas kelistrikan

a. Konduksi Elektronik (terjadi pada logam dan kristal)

Konduksi ini merupakan bentuk normal dari aliran

dalam batuan karena mempunyai banyak elektron bebas.

Sebagai contohnya, batuan yang banyak mengandung logam.

b. Konduksi Elektrolitik (terjadi pada fluida)

Ditemukan pada batuan yang mempunyai sifat

porositas tinggi sehingga dengan mudah terisi oleh larutan

elektrolit. Arus dapat mengalir karena adanya sifat elektrolit

larutan yang mengisi pori-pori tersebut.

c. Konduksi Dielektrik

Batuan yang memiliki elektron bebas sedikit atau bahkan

tidak ada sama sekali, karena adanya pengaruh medan listrik

dari luar, maka elektron-elektron tersebut terganggu

kedudukannya sehingga menimbulkan polarisasi.

a : 0.5 ≤ a ≤ 2.5

m : 1.3 ≤ a ≤ 2.5

n ≈ 2

𝜌𝑤 ∶ density of water

φ : Porosity

Pengukuran Kelistrikan pada Batuan

Pengukuran true resistivitas pada core sample skala laboratorium

𝜌 = 𝐴. 𝑉

𝐿. 𝐼

Ohm’s

Law

Metode Pengukuran

1. Resistivity

2. Self-Potensial

3. Induce Polarization

Dalam metode resistivitas, artifisial yang dihasilkan listrik

arus yang introduced ke dalam tanah akan

menghasilkan perbedaan potensial yang diukur di

permukaan.

Penyimpangan dari pola perbedaan potensial yang

diharapkan dari tanah homogen memberikan informasi

tentang bentuk dan listrik sifat bawah permukaan

inhomogeneities.

Metode yang efisien untuk menggambarkan urutan

berlapis dangkal atau diskontinuitas vertikal yang

melibatkan perubahan resistivitas.

Metode Resistivity

Prinsip Kerja Menginjeksikan arus listrik dengan frekuensi rendah ke permukaan

bumi, kemudian diukur beda potensial diantara dua buah elektrode

potensial.

Pengukuran dengan arus yang tetap akan diperoleh variasi beda

tegangan yang berakibat akan terdapat variasi resistansi yang akan

membawa suatu informasi tentang struktur dan material yang

dilewatinya.

Anggapan: material bumi memiliki sifat

resistif seperti resistor, dimana

material-materialnya memiliki derajat

yang berbeda dalam menghantarkan

arus listrik.

Resistivitas batuan dan mineral

Kebanyakan mineral pembentuk batuan isolator

Arus listrik melalui batu terutama pada bagian ion di

fluida pori.

Sehingga, sebagian besar batuan dilewati listrik dengan

proses prinsip elektrolit daripada elektronik.

Porositas adalah kontrol utama resistivitas batuan,

Resistivitas umumnya meningkat seiring berkurangnya

porositas.

Menunjukkan kisaran dari resistivitas yang diharapkan untuk jenis

batuan yang umum. Adanya tumpang tindih antara jenis batu berbeda

mengakibatkan identifikasi jenis batu tidak hanya berdasarkan data

resistivitas

Potensial dalam Medium Homogen

Gambaran penyebaran arus tunggal

dari elektroda

a

elektroda

Φ = V

Garis arus

Garis potensial

a

IV

a

V

a

I

22 2

Memungkinkan perhitungan

potensi pada setiap titik pada

atau di bawah permukaan

homogen setengah -space

Elektroda Arus Ganda

Gambaran penyebaran arus ganda dari elektroda

Permukaan

+ V -

2L

C2 C1

Garis

potensial

Garis aliran

arus

I

VK

1

4321

)1111

(2 rrrr

K

Menunjukkan proporsi arus yang mengalir di bawah Z (depth)

diberikan sebagai rasio elektroda pemisahan L. Ketika L = Z sekitar

30% dari arus mengalir di bawah Z dan ketika L = 2Z sekitar 50% dari

arus mengalir di bawah Z.

Tipikal Pengukuran

Dikenal sebagai electrical drilling, digunakan terutama dalam studi

interface horisontal atau near-horisontal.

Elektroda arus dan potensial dipertahankan di jarak yang relatif

sama dan jarak elektroda bertahap diperlebar.

Akibatnya, bacaan kedalaman lebih besar. Teknik ini secara luas

digunakan dalam survei geoteknik untuk menentukan ketebalan

overburden dan juga dalam hidrogeologi untuk mendefinisikan

zona horisontal berpori.

Vertical electrical sounding (VES)

• Dikenal sebagai electrical profiling, digunakan untuk menentukan

variasi lateral yang resistivitas. Jarak elektroda arus dan potensi

tetap dan semakin bergerak secra horisontal.

• Digunakan dalam prospeksi mineral untuk mendeteksi daerah dari

konduktivitas anomali.

• Hal ini juga digunakan dalam survei geoteknik untuk menentukan

variasi kedalaman bedrock dan kehadiran diskontinuitas.

• Hasil dari serangkaian CST dengan jarak elektroda tetap dapat

digunakan dalam pembuatan peta kontur resistivitas.

Constant separation traversing (CST),

Arus Digunakan

Kebanyakan meter resistivitas frekuensi rendah arus bolak-

balik daripada arus searah, untuk dua alasan utama.

Pertama, jika arus searah yang bekerja akan menimbulkan

anion dan kation di sekitar elektroda; yaitu, polarisasi

elektrolit akan terjadi, ini akan menghambat kedatangan ion

lebih lanjut di elektroda.

Pembalikan periodik arus mencegah akumulasi seperti ion

dan dengan demikian mengatasi polarisasi elektrolit.

Kedua, penggunaan arus bolak-balik mengatasi efek dari

arus bumi, dimana arus listrik alami dalam tanah yang

mengalir sejajar dengan permukaan bumi dan menyebabkan

potensial regional.

Frekuensi Digunakan

Frekuensi tergantung pada kedalaman penetrasi yang

diperlukan (Lihat persamaan (9.2)).

Untuk penetrasi 10 m, digunakan frekuensi 100 Hz, dan ini

menurun kurang dari 10 Hz untuk kedalaman investigasi

sekitar 100 m.

Untuk penetrasi tanah yang sangat dalam menggunakan arus

searah.

d : depth (metres), σ : conductivity of the ground (Sm-1)

f : frequency of the field (Hz)

Keterbatasan:

1. Interpretasi yang ambigu. Diperlukan kontrol geofisika

dan geologi untuk interpretasi data resistivitas.

2. Interpretasi terbatas pada konfigurasi struktur

sederhana. 3. Topografi dan efek variasi resistivitas dekat

permukaan dapat menutupi efek dari variasi yang lebih

dalam.

4. Kedalaman penetrasi dibatasi oleh daya listrik

maksimum yang dapat diinjeksikan ke dalam tanah. Batas

kedalaman praktis untuk sebagian besar survei adalah

sekitar 1 km.

Konfigurasi

Konfigurasi merupakan susunan elektroda pada saat akuisisi

data di lapangan.

Pertimbangan: tujuan, kedalaman dan geometri target.

Setiap konfigurasi mempunyai perhitungan sendiri untuk

mengetahui nilai ketebalan dan tahanan jenis subsurface.

Secara umum : 1D = Schlamberger; Wenner

2D = Wenner; Wenner-Schlamberger;

Dipole-dipole; Pole-dipole

3D = Pole-pole; Pole-dipole; Dipole-dipole

Dimensi Data Vs Akuisis Data

Konfigurasi

Interpretasi Data Metode yang digunakan dalam interpretasi data tahanan jenis adalah metoda pencocokan kurva (curve matching) terhadap kurva lapangan, karena data dari hasil pengukuran lapangan adalah harga tahanan jenis semu sebagai fungsi dari spasi elektrodanya.

Master Curves

Hasil Perhitungan analisa disesuaikan dengan keadaan geologinya

Contoh hasil pengolahan data tahanan jenis dengan inverse modeling 2D

• Didasarkan pada pengukuran beda potensial permukaan

yang dihasilkan dari reaksi elektrokimia di subsurface, dimana

mineral sulfida mengalami pelapukan.

• Diakibatkan, proses mekanis dan proses kimia yang di kontrol

oleh air tanah.

Proses mekanis; potensial elektrokinetik. proses kimia; potensial elektrokimia dan mineralisasi.

SELF- POTENTIAL (SP)

• Dapat mendeteksi deposit mineral sulfida (Corry 1985), magnetit atau grafit.

• Kesalahan dalam pengukuran SP terjadi karena adanya aliran fluida yang menyebabkan terjadinya loncatan tiba-tiba nilai beda potensial. Sehingga metode ini juga cocok untuk panas bumi, pipa bocor.

• Dapat juga digunakan untuk maping struktur, seperti; fault, fracture.

• Typical anomali SP memiliki amplitudo beberapa ratus milivolt

Mekanisme Self-Potential

• Anomali Self-Potential terjadi akibat materi yang berada di zona oksidasi.

• Di bawah muka air mengalami oksidasi dan pelepasan elektron yang dilakukan ke atas melalui badan materi.

• Bagian atas materi, elektron dilepaskan menyebabkan pengurangan elektrolit (SP negative).

• SP negative anomali yang selalu diamati

• Tidak mengalami kimia reaksi dan hanya berfungsi untuk mengangkut elektron dari dalam.

• Sebagai hasil dari arus bawah permukaan, perbedaan potensial dihasilkan di permukaan.

Figure. Schematic of flow-induced negative streaming potentials (Erchul and Slifer, 1989)

Pertimbangan Sifat Objek

1. Tubuh bijih harus menjadi konduktor elektronik dengan konduktivitas yang tinggi. Hal ini akan menghilangkan efek mineral yang memiliki konduktivitas yang rendah. 2. Tubuh bijih harus bersifat

elektrik kontinu oksidasi. 3. Sementara kontak

permukaan air akan menjadi salah satu yang menguntungkan.

Peralatan lapangan

• Sepasang elektroda terhubung melalui millivoltmeter sensitifitas tinggi (mampu mengukur sampai ± 1000 milivolt (± 1 volt)).

• Non-Polarisasi elektroda sebanyak 2 buah.

Non-polarisasi elektroda terdiri dari logam direndam dalam larutan jenuh garam, seperti tembaga sulfat (CuSO4) dan KCl-HgCl2 pada Porous Pot.

Metode Pengukuran

Ada dua cara;

• Salah satu eletroda tetap, sedangkan yang satu lagi bergerak pada lintasannya.

• Kedua elektroda bergerak bersamaan secara simultan.

Interpretasi Data SP

• Kebanyakan interpretasi dilakukan dengan kualitatif.

• Anomali diasumsikan terjadi langsung di atas tubuh anomali.

• Anomali halfwidth memberikan perkiraan kasar dari kedalaman (h).

• Zona Minerlisasi terdeteksi ratusan milivolt

h = x/1.7321 ≈ 2

Data yang diperoleh dari lapangan

Figure. Self Potential anomaly expected over water flowing into fracture zone.

Figure. Self Potential anomaly expected over water flowing out of a fracture zone.

Perbandingan SP & Resistivitas

Bumi bertindak sebagai kapasitor dan menyimpan listrik.

Didasari oleh adanya waktu peluruhan beda potensial pada

saat material dilewatkan arus listrik maupun pemutusan arus

listrik.

Sejumlah muatan listrik yang disimpan dalam material ketika

arus dilewatkan dan akan diukur ketika arus dimatikan.

Ketika saat dimatikan, tegangan antara elektroda potensial

memiliki waktu untuk meluruh sampai nol karena material

sementara menyimpan muatan (menjadi Polarized)

Induced Polarization ( IP)

Pada waktu to arus dimatikan dan perbedaan potensial diukur,

setelah penurunan ekstrim ∆VC, meluruh secara bertahap ke nol.

Urutan yang sama terjadi ketika saat diaktifkan pada saat t3.

Mekanisme induksi polarisasi

Terjadi pada pori-pori batuan yang mengandung mineral

lempung yang bermuatan negatif dan mengalami kontak dengan

larutan.

Mineral lempung akan mampu menarik ion-ion positif sehingga

membentuk awan positif disekitar permukaannya dan meluas

pada elektrolit.

Polarisasi Membran

• Penumpukan muatan ini akan

menghambat jalannya arus listrik

yang melaluinya (terjadi hambatan).

• Mobilitas ion akan berkurang

sehingga terbentuklah gradien

konsentrasi ion-ion yang menghambat

arus listrik yang melaluinya.

membrane polarization

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.

Secara alamiah akan terjadi keseimbangan antara ion-ion.

Bila arus dialirkan maka keseimbangan akan terganggu, terjadi

polarisasi pada elektrolit yang dikenal sebagai polarisasi elektrode.

Polarisasi Elektroda

Electrode polarization

(A) Aliran elektrolit dalam saluran terbuka.

(B) Polarisasi akibat injeksi arus pada elektroda memblokir saluran

Pengukuran Domain Waktu

Menggunakan arus DC yang diukur saat peluruhan setelah arus

dimatikan.

Parameter yang paling sering diukur adalah chargeability (M)

chargeability (M), didefinisikan sebagai daerah A di awah kurva

peluruhanselama suatu interval waktu tertentu (t1-t2)

A

Pengukuran Domain Frekuensi

Melibatkan pengukuran resistivitas pada

frekuensi AC.

• Region 1; di frekuensi rendah di mana

resistivitas tidak bergantung pada

frekuensi;

• Region 2; wilayah Warberg, resistivitas

merupakan fungsi linear dari log

frekuensi;

• Region 3; wilayah elektromagnetik

induksi di mana arus lebih induktif

daripada konduktif.

IP pengukuran umumnya dibuat pada

frekuensi ≤ 10Hz untuk tetap berada di

daerah non-induktif.

Prinsip Pengukuran

Prinsipnya adalah dengan mengalirkan arus listrik

ke dalam tanah dalam dua frekuensi yang berbeda

dalam waktu tertentu.

Alasan penggunaan dua frekuensi yang berbeda;

setiap bahan memiliki respon yang berbeda untuk

jenis arus tertentu yang sama.

Biasanya range frekuensi yang; antara 0,1 sampai

10 Hz.

Hubungan antara efek frekuensi dengan jumlah kandungan

mineral sulfida (logam)

Frequensy Effect (FE)

Asumsi; ρDC diukur pada frekuensi rendah

ρAC 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.

Dua pengukuran umumnya digunakan;

Metal Faktor (MF)

Efek induced Polarization (IP Effect) bervariasi terhadap

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

pori dan lain-lain.

Digunakan untuk mengkoreksi beberapa variabel tersebut.

MF (mhos/ft ) atau (mhos/m)

Dapat mendefinisikan daerah yang memiliki

kandungan sulfida yang konduktif

Konfigurasi

Umumnya digunakan konfigurasi (efektif);

Dipol-dipol,

pole-dipol

Schlumberger Pengukuran IP menggunakan 2

elektroda arus dan elektroda

potensial 2 non-terpolarisasi.

Profiling: perbedaan kontras sifat listrik seperti kontak

litologi.

Sounding: untuk memetakan kedalaman dan ketebalan

unit stratigrafi.

Profiling - Sounding: pemetaan, dimana sifat kelistrikan

subsurface diharapkan bervariasi secara vertikal dan

horizontal.

Survey Design

Kelebihan IP

Beberapa ambiguitas dalam data resistivitas dapat

dikurangi dengan analisis IP.

IP dapat digunakan untuk membedakan lapisan

geologi yang tidak merespon dengan baik pada

tahanan listrik.

Pengukuran chargeability dapat digunakan untuk

membedakan target yang bersifat konduktif.

Interpretasi data

Pseudodepth Section merupakan gambaran penampang vertikal

dari suatu kedalaman plotting point yang berbeda berdasarkan

posisi elektrode arus dan elektrode potensial.

Titik tersebut membentuk suatu sudut sebesar 45o 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.

True Resistifitas (ρa), efek frekuensi

persentase (PFE) dan parameter

faktor logam (MF) untuk double-dipol

IP melintasi zona sulfida masif

IP (chargeability); profil jelas

menunjukkan adanya mineralisasi,

memungkinkan penentuan batas.

Resistivity: menunjukkan variasi

kecil.

Penampang chargebility dan resistivity

References

Telford, W.M., L. P. Geldart, R. E. Sheriff. 1990.

Applied_Geophysics, Second Edition. Cambrige University

Press: New York.

Kearey, Philip, Michael Brooks, Ian Hill. 2002. An Introduction

to Geophysical Exploration, Third Edition. Blackwell Science

Pubblised.

Sulistijo, Budi. 2012. Geofisika Cebakan Mineral 1. Penerbit

ITB: Bandung.

Manual Book RES1D, RES2D, RES3D.

www.geoelectrical.com

www: Google

Terimakasih