METODE INDUKSI POLARISASI UNTUK LINGKUNGAN(Geofisika Teknik Lingkungan)

Oleh

Kelompok 9

Achmadi Hasan Nasution (1115051002)

Dian Nur Rizkiani (1115051012)

Rahmi Alfani Putri (1115051027)

JURUSAN TEKNIK GEOFISIKAFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG2014

METODE INDUKSI POLARISASI UNTUK LINGKUNGAN(Geofisika Teknik Lingkungan)

Achmadi Hasan Nasution 2, Dian Nur Rizkiani 12, Rahmi Alfani Putri 27

Jurusan Teknik Geofisika Universitas Lampung

ABSTRAK

Metode geofisika yang biasanya digunakan untuk eksplorasi mineral logam adalah  metode induksi polarisasi. Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineral-mineral logam di bawah permukaan bumi. Salah satu aplikasi dekat permukaan potensi metode IP, yaitu karakterisasi litologi. Metode ini dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain. Pada studi kasus pertama membahas interpretasi bawah permukaan di daerah Ojo Obadore, Nigeria dan studi kedua membahas tanggapan dari batu-batu yang terkontaminasi sehingga dapat digunakan untuk ciri dan identifikasi kontaminan suatu daerah. Data chargeability pada studi kasus pertama diperoleh dengan memplotkan nilai-nilai terhadap pemisahan elektroda.

Kata kunci : induksi polarisasi, karakterisasi litologi, chargeability.

I. PENDAHULUAN

Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran

arus di dalam bumi dan bagaimana mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal

ini meliputi pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang terjadi

baik secara alamiah maupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Metode geolistrik

dibagi menjadi beberapa bagian berdasarkan parameter yang diukur, antara lain

metode self-potensial (SP), metode magneto-telluric (MT), metode induced

polarization (IP), metode control source audio magneto-telluric (CSAMT) dan

metode resistivity (tahanan jenis).

Metode geofisika yang biasanya digunakan untuk eksplorasi mineral logam

adalah  Metode Induksi Polarisasi. Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu

metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineral-

mineral logam di bawah permukaan bumi. Metode ini dapat mendeteksi adanya

anomali resistivitas meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi

oleh metode lain. Biasanya konfigurasi yang tepat untuk pengukuran ini adalah

dipole-dipole karena dapat memberikan hasil variasi tahanan jenis dan

chargeability-nya ke arah vertikal dan horizontal.

Dalam metoda polarisasi terimbas ada 4 macam metoda pengukuran yaitu

pengukuran dalam domain waktu, domain frekuensi, pengukuran sudut fasa dan

Magnetic Induced Polarization (MIP). Metoda polarisasi terimbas ini terutama

dipahami dalam eksplorasi logam dasar (Base Metal) dan penyelidikan air tanah

(Ground Water).

II. TEORI DASAR

Metode polarisasi terimbas (IP) merupakan salah satu dari metode geolistrik yang

didasarkan oleh konsep kelistrikan pada masalah kebumian. Akan tetapi metode

ini juga memiliki kaitan yang erat terhadap metode tahanan jenis karena pada

hakekatnya metode IP adalah pengembangan lebih lanjut dari metode tahanan

jenis yang mampu memberikan informasi tambahan ketika tidak ditemukan

kontras tahanan jenis yang memadai. Aliran listrik pada suatu formasi batuan

terjadi terutama karena adanya fluida elektrolit pada pori-pori atau rekahan

batuan. Oleh karena itu resistivitas suatu formasi batuan bergantung pada

porositas batuan serta jenis fluida pengisi pori-pori batuan tersebut. Batuan poros

yang berisi air atau air asin tentu lebih konduktif (resistivitas-nya rendah)

dibanding batuan yg sama yg pori-porinya hanya berisi udara (kosong).

Temperatur tinggi akan lebih menurunkan resitivitas batuan secara keseluruhan

karena meningkatnya mobilitas ion-ion penghantar muatan listrik pada fluida yg

bersifat elektrolit. Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu metode yang

mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineral-mineral logam di

bawah permukaan bumi. Metode ini dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas

meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain.

Biasanya konfigurasi yang tepat untuk pengukuran ini adalah dipole-dipole karena

dapat memberikan hasil variasi tahanan jenis dan chargeability-nya ke arah

vertikal dan horizontal.

Metode IP merupakan salah satu metode geofisika yang relatif baru dan sedang

berkembang pesat terutama dalam bidang pertambangan yaitu eksplorasi mineral

ekonomis dan geofisika lingkungan.

Metode IP pada dasarnya adalah merupakan pengembangan dari metode geolistrik

resistivity dan metode IP terbukti mampu menutupi kelemahan-kelemahan metode

resistivity pada berbagai kasus. Oleh karena metode IP merupakan pengembangan

dari metode resistivity maka teknis dan cara pengambilan data atau pengukuran

dilapangan tidak jauh berbeda. Efek polarisasi terinduksi merupakan elemen dasar

yang terjadi pada metode IP, dimana gejala polarisasi terinduksi dapat

diilustrasikan sebagai berikut, jika suatu pengukuran tahanan jenis dengan

konfigiurasi empat elektroda (standar), dimana pada elektroda arus (C1 dan C2)

dialiri arus searah (DC) maka pada elektroda potensial (P1 dan P2) akan terukur

beda potensial (ΔV). Ketika aliran arus pada elektroda (C1 dan C2) dimatikan,

pada waktu t0 maka nilai beda potensial tidak langsung kembali menjadi nol,

melainkan secara perlahan mengalami penurunan beda potensial menuju nol.

Grafik yang menggambarkan efek polarisasi terinduksi dapat dilihat pada gambar

dibawah ini.

Gambar 2.1 Grafik penurunan potensial (Reynolds,1997)

Sumber efek polarisasi

Fenomena suatu proses polarisasi dan mekanisme elektrokimia yang terjadi

didalam suatu batuan adalah benar-benar kompleks. Namun demikian mengenai

polarisasi yang terjadi pada batuan dan soils adalah melingkupi penyebaran atau

difusi ion-ion menuju mineral-mineral logam dan pergerakan ion-ion didalam

pore-filling elektrolit. Yang menjadi efek utama atau mekanisme utama yang

terjadi dalam suatu proses polarisasi adalah polarisasi elektroda atau electrode

polarization dan polarisasi membrane atau membrane polarization.

Polarsisasi Elektroda

Gambar 2.2 menggambarkan pergerakan ion-ion ketika kedua sisinya dialirkan

arus. Pada bagian A menggambarkan arus yang mengalir pada seluruh ruang pori-

pori yang terisi larutan tanpa adanya sumbatan butiran mineral. Terlihat ion-ion

positif dan negatif menyebar berdasar arus yang melewatinya, dimana elektrolit

positif (+) mengalir searah dengan arah arus sedangkan elektrolit negatif (-)

mengalir berlawanan dengan arah arus. Sedangkan pada bagian B

menggambarkan mineral logam yang mempunyai jaring pembatas yang saling

berlawanan. Peristiwa ini dinamakan elektrolisis dimana ketika arus mengalir dan

sebuah elektron berpindah tempat di antara logam dan larutan ion-ion pada bidang

batas, dalam proses kimiafisika efek tersebut dinamakan polarisasi elektroda atau

electrode polarization.

Gambar 2.2 Proses polarisasi elektroda (Reynolds,1997)

Bila dalam medium banyak terjadi polarisasi karena pengaruh arus yang

dilewatkan padanya, maka beda potensial terukur pada elektroda potensial

tersebut tidak segera menjadi nol pada saat arus dimatikan, melainkan timbul

potential decay yang akan menjadi nol dalam waktu beberapa detik atau sampai

menit. Peristiwa ini bukan disebabkan oleh induksi elektromagnetik (karena

induksi elektromagnetik akan hilang hanya dalam beberapa mikrodetik), tetapi

disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadi pada daerah yang banyak

mengandung senyawa logam.

Pengukuran dengan metode IP dilakukan dalam dua cara yaitu Time Domain IP,

yaitu pengukuran polarisasi dengan menghitung harga potential decay, dan

Frequency Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan mengukur harga

resistivitas sebagai fungsi frekuensi arus yang dimasukkan ke dalam medium.

III. STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN

KASUS I

“Interpretasi induksi polarisasi untuk karakterisasi bawah permukaan :

Studi kasus di daerah Obadore, Lagos State”

Pencitraan induksi polarisasi ( IP ) dilakukan di Obadore di Daerah Ojo , Lagos

State, untuk mengevaluasi potensi metode dengan menganalisis sifat struktur

bawah permukaan. Lagos State terletak di Selatan - barat Nigeria dan formasi ini

terjadi ditemukan dalam seri sedimen. Salah satu aplikasi dekat permukaan

potensi metode IP, yaitu karakterisasi litologi. Studi ini menunjukkan bahwa

pencitraan IP merupakan alat yang menjanjikan untuk pemetaan kontras litologi

dalam sedimen yang tidak dikonsolidasi dan untuk memperjelas kesulitan dalam

interpretasi litologi yang diamati dalam metode geofisika lainnya. Daerah Lagos

ini ditujukan untuk menentukan nilai IP dalam menyelesaikan variabilitas litologi.

Induksi polarisasi merupakan efek kapasitansi atau chargeability, yang

ditunjukkan oleh elektrik bahan konduktif. Sebuah hp 4 - pointlight dengan

menggunakan daya tinggi induksi polarisasi bumi pada resistivity meter.

Pengukuran IP dilakukan dimana pulsa arus listrik ke dalam bumi pada satu atau

dua interval kedua melalui elektroda logam. Mineral konduktif disebarkan dalam

tanah lalu menyalurkan energi listrik yang tersimpan selama siklus jeda. Tingkat

kerusakan debit diukur dengan penerima IP. Tegangan kerusakan nol tidak ada

yang terpolarisasi di bahan ini. Umumnya, baik pengukuran IP dan resistivitas

dilakukan secara bersamaan selama survei. Sehingga kedalaman survei ditentukan

oleh spasi elektroda .

Sebuah efek IP yang kuat diamati dalam sedimen yang mengandung lempung

disebarkan pada permukaan biji-bijian yang lebih besar . Oleh karena itu , pasir

serpih / debu dan pasir serpih biasanya menampilkan efek IP besar. Sebaliknya ,

tanah liat yang padat biasanya berhubungan dengan efek IP rendah, seperti

konduksi ohmik yang mendominasi arus. Efek IP yang kecil terkait dengan pasir

bersih dan kerikil.

Fenomena Induksi Polarisasi ( IP ) berasal dari elektrokimia, dan tergantung pada

karakteristik permukaan dari struktur pori. Metode ini mengukur chargeability

dari tanah, yaitu seberapa baik bahan yang cenderung mempertahankan muatan

listrik. Parameter chargeability tergantung pada kedua mekanisme polarisasi

permukaan dan bagian terbesar (volumetrik) konduksi mekanisme. Akibatnya,

parameter yang mengkuantifikasi besarnya permukaan polarisasi chargeability

dinormalisasi, dan didefinisikan sebagai chargeability dibagi dengan besarnya

resistivitas. Chargeability normalisasi dan konten tanah liat diperluas untuk

interpretasi 1 - D dan 2 – D disurvei lapangan IP. Dalam survei 2 - D,

konduktivitas jelas dan data chargeability dinormalisasi digunakan untuk segmen

gambar ke zona yang relatif tanah liat-bebas dan tanah liat-subur. Pendekatan

yang serupa akhirnya dapat digunakan untuk memprediksi variasi relatif dalam isi

bawah permukaan tanah liat, salinitas dan kemungkinan konsentrasi kontaminan.

Profil diperoleh di daerah penelitian dengan menggambarkan gambar dua lapisan ;

lapisan pertama yang tetap dan chargeability cukup tinggi dengan tanda-tanda di

kedalaman 20m yang menunjukkan pembentukan pasir. Lapisan kedua

diperkirakan menjadi tanah liat dengan efek IP rendah dengan mengamati

berbagai kedalaman untuk semua profil.

Gambar 3.1 Kurva induksi polarisasi pada profil 1

Gambar 3.2 Kurva induksi polarisasi pada profil 2

KASUS II

“LOKASI PENCEMARAN NON INVASIVE MENGGUNAKAN METODE

GEOFISIKA INDUKSI POLARISASI”

Respon impedansi batu tanah adalah fungsi yang kompleks dari pori-pori solusi

kimia, microgeometry atau gandum distribusi ukuran sampel batu tanah dan

properti geo-kimia permukaan tanah/rock/pori fluida sistem. Respon dikendalikan

oleh mekanisme permukaan secara fisikokimia yang mengakibatkan distribusi kali

relaksasi yang luas. Respon frekuensi broadband sering disebut spektral diinduksi

polarisasi (SIP) dan respon langkah-fungsi disebut waktu domain induced

polarization (TDIP).

Telah ditetapkan bahwa SIP tanggapan dari batu-batu yang terkontaminasi dapat

digunakan untuk Ciri dan mengidentifikasi kontaminan dan dalam beberapa kasus

memberikan informasi pada antarmuka kimia efek kontaminan organik dan

anorganik pada tanggapan kompleks konduktivitas tanah liat, dan shaly Batu pasir

sampel, selama rentang frekuensi dari 10-1 untuk 103 hz.

Gambar 3.3 Distribusi pencemaran

Gambar 3.4 Perbandingan PCE anomaly dari PCE volumetric serta hasil inveri

dari ERL dari sepanjang Panel MES-2/MES-4

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan hasil analisis data yang disesuaikan dengan hasil referensi induksi

potensial dan kondisi geologi pada studi kasus pertama yang membahas studi

kasus interpretasi induksi polarisasi (IP) untuk karakterisasi bawah permukaan di

daerah Obadore, Lagos State menghasilkan data chargeability yang diperoleh

dengan memplotkan nilai-nilai terhadap pemisahan elektroda. Hasil 1-D IP

pencitraan sounding ini disajikan sebagai kurva chargeability pada gambar 3.1

yakni pada profil pertama. The 1-D sounding tidak memiliki resolusi yang cukup

untuk membedakan berbagai sedimen lapisan. Namun, nilai-nilai chargeability

yang diplot dapat berhubungan berdasarkan bentuk umum signature / tanda yang

ditampilkan. Sebuah efek IP kuat diamati dalam sedimen yang mengandung

lempung disebarkan pada permukaan yang lebih besar biji-bijian. Oleh karena itu,

liat-pasir dan tanah liat berpasir biasanya menampilkan efek IP besar. Sebaliknya,

tanah liat yang padat biasanya berhubungan dengan efek IP rendah, yang

mendominasi konduksi ohmik aliran arus. Efek IP kecil berhubungan dengan

pasir bersih dan kerikil.

Pada wilayah studi kasus pertama, semua profiles digambarkan dua lapisan ;

lapisan pertama dimodelkan dengan konsisten tanda-tanda pada kedalaman ( AB /

2 ) antara 1-25 m kecuali untuk Profil 1 atas 25 m , model ini juga memprediksi

chargeability cukup tinggi, dapat menunjukkan sedimen tanah liat. Peningkatan

efek IP atau nilai chargeability diamati pada kedalaman (AB /2) dari 32m dan

100m di profil 2. Berdasarkan penafsiran kita pada tanda tanda chargeability di

wilayah studi , kurva menggambarkan sedimen pasir yang diperkirakan pada 20m

dengan indikasi liat – pasir dan sedimen berpasir - tanah liat.

Profil 1 menunjukkan efek IP yang kuat di berbagai kedalaman. Efek IP Rendah

menunjukkan sedimen liat diperkirakan di berbagai kedalaman untuk semua

profil.

Berdasarkan hasil analisis data yang disesuaikan dengan hasil referensi induksi

potensial dan kondisi geologi pada studi kasus kedua yang membahas studi kasus

Lokasi pencemaran non invasive menggunakan metode goefisika induksi

polarisasi dapat disimpulkan bahwa SIP tanggapan dari batu-batu yang

terkontaminasi dapat digunakan untuk ciri dan mengidentifikasi kontaminan dan

dalam beberapa kasus memberikan informasi pada antarmuka kimia efek

kontaminan organik dan anorganik pada tanggapan kompleks konduktivitas tanah

liat, dan shaly Batu pasir sampel, selama rentang frekuensi dari 10-1 untuk 103

hz. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa rentang frekuensi kepentingan

melampaui 1khz. Sampel inti pada gambar 3.3 dan 3.4 menunjukkan bahwa

kemampuan untuk membedakan kelas rendah diseminasi dan net-textured kompak

bijih tergantung pada informasi tersebut berasal dari spektral tahap IP di atas 1

khz mungkin untuk invert untuk biji-bijian ukuran distribusi dari cukup broadband

minum data dan karena itu dapat secara efektif de- geo-chemically dikendalikan

beberapa tanggapan dari microgeometry yang dikendalikan. Dalam

mempertimbangkan sumber-sumber kebisingan digabungkan secara

elektromagnetis (emc) menunjukkan hal itu akan keterbatasan utama untuk

menggunakan 3D bidang SIP pada frekuensi yang lebih tinggi 100 Hz).

V. KESIMPULAN

Berdasarkan analisis dan pembahasan pada studi kasus pertama dan kedua dapat

disimpulkan bahwa :

1. Metode IP adalah salah satu metode geofisika yang relatif baru dan sedang

berkembang pesat terutama dalam bidang pertambangan yaitu eksplorasi

mineral ekonomis dan geofisika lingkungan. Pada prinsipnya metode IP

merupakan suatu metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada

permukaan mineral-mineral logam di bawah permukaan bumi. Metode ini

dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas meski dalam jumlah yang

sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain. Biasanya konfigurasi

yang tepat untuk pengukuran ini adalah dipole-dipole karena dapat

memberikan hasil variasi tahanan jenis dan chargeability-nya ke arah vertikal

dan horizontal.

2. Pada studi kasus pertama didapatkan hasil 1-D IP pencitraan sounding ini

disajikan sebagai kurva chargeability pada gambar 3.1 yakni pada profil

pertama. The 1-D sounding tidak memiliki resolusi yang cukup untuk

membedakan berbagai sedimen lapisan. Untuk Profil 1 atas 25 m , model ini

juga memprediksi chargeability cukup tinggi, yang menunjukkan sedimen

tanah liat. Peningkatan efek IP atau nilai chargeability diamati pada

kedalaman (AB /2) dari 32m dan 100m di profil 2. Berdasarkan penafsiran

tanda tanda chargeability di wilayah studi , kurva ini menggambarkan

sedimen pasir yang diperkirakan pada 20m dengan indikasi liat – pasir dan

sedimen berpasir - tanah liat. Pengamatan didaerah Lagos ini bertujuan untuk

menentukan nilai IP dalam menyelesaikan variabilitas litologi.

3. Pada studi kasus kedua dapat disimpulkan bahwa SIP tanggapan dari batu-

batu yang terkontaminasi dapat digunakan untuk ciri dan mengidentifikasi

kontaminan dan dalam beberapa kasus memberikan informasi pada

antarmuka kimia efek kontaminan organik dan anorganik pada tanggapan

kompleks konduktivitas tanah liat, dan shaly Batu pasir sampel, selama

rentang frekuensi dari 10-1 untuk 103 hz.

DAFTAR PUSTAKA

Handayani, G. 1984. Tugas Akhir S-1 : Polarisasi Terimbas. Jurusan Fisika ITB. Bandung

Reynolds, J.M.1997. Surface geophysical anomalies. Cambridge

Summer, J.L. Principle of Induced Polarization for Geophysical Interpretation. Elsevier. Amsterdam

Seigel, H. O. 1959. Geophysics,. Vol 24, No. 3, pp 547-565. Cambridge.

Telford W and Sheriff, 1982. Applied Geophysics. Cambridge University Press. Cambridge.