BAB I

PENDAHULUAN

I. Latar Belakang Masalah

Metode Geolistrik tahanan jenis atau resistivity adalah salah satu metode

dalam geofisika yang memanfaatkan sifat kelistrikan batuan. Metode ini digunakan

untuk ekplorasi mineral (bijih sulfida), sumber air (akuiver), penentuan kedalaman

lapisan overburden batubara, penelitian panas bumi.

Metode ini dilakukan dengan cara mengirim arus dan mengukur tegangan atau

potensial yang terbaca dipermukaan, sehingga diperoleh resistivitas atau tahanan jenis

antar lapisan batuan dibawah permukaan bumi, dan juga ketebalan masing-masing

lapisan batuan tersebut. Dari harga tahanan jenisnya dipakai sebagai dasar penafsiran

litologi batuan yang terdapat pada lapisan tersebut.

Prinsip dasar metode geolistrik tahanan jenis adalah Hukum Ohm. Dimana

hambatan diperoleh dengan mengukur beda potensial dan arus yang dilewatkan

dalam suatu penghantar.

Ketiga sifat aliran listrrik tersebut tidak dapat dibedakan satu terhadap yang

lainnya hanya dari pengukuran geolistrik saja, tetapi harus dilakukan penelitian lebih

lanjut terhadap sample batuannya.

II. Maksud dan Tujuan

Dalam Pratikum Geolistrik kali ini kita memiliki tujuan untuk mengetahui

formasi yang bersifat konduktif dalam bumi, sehingga dapat dimanfaatkan untuk

pencarian mineral, geothermal, keairan (air tanah) yang diperkirakan prospek. Tujuan

dari praktikum ini adalah untuk mengetahui nilai resistivitas tiap satuan batuan dan

kondisi geologi di bawah permukaan yang bersifat konduktif maupun resistif pada

daerah yang diperkirakan potensial dengan mendeteksi perbedaan resistivitas batuan

daerah tersebut.

BAB II

TEORI DASAR

Metode geofisika yang secara luas banyak dilakukan dalam eksplorasi adalah

metode seismik, magnetik, gaya berat, tahanan jenis listrik dan elektromagnetik.

Metode geolistrik merupakan salah satu metode eksplorasi geofisika yang dapat

diterapkan untuk mempelajari penentuan lithologi lapisan batuan di bawah

permukaan bumi. Metode ini merupakan metode yang menggunakan prinsip aliran

arus listrik dalam menyelidiki struktur bawah permukaan bumi. Penggunaan

geolistrik pertama kali dilakukan oleh Conrad Schlumberger pada tahun 1912.

Geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui perubahan

tahanan jenis lapisan batuan di bawah permukaan tanah dengan cara mengalirkan

arus listrik DC (Direct Current) yang mempunyai tegangan tinggi ke dalam tanah.

Injeksi arus listrik ini menggunakan dua buah elektroda arus A dan B yang

ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak tertentu.

Berdasarkan asal sumber arus listrik yang digunakan, metode resistivitas

dapat dikelompokan kedalam dua kelompok yaitu:

1. Metode pasif

Metode ini menggunakan arus listrik alami yang terjadi di dalam tanah

(batuan) yang timbul akibat adanya aktivitas elektrokimia dan elektromekanik

dalam materi-materi penyusun batuan. Metode yang termasuk dalam

kelompok ini diantaranya Potensial Diri/Self Potensial (SP) dan Magneto

Teluric (MT).

2. Metode aktif

Yaitu bila arus listrik yang diinjeksikan (dialirkan) didalam batuan, kemudian

efek potensial yang ditimbulkan arus buatan tersebut diukur di permukaan.

Metode yang termasuk kedalam kelompok ini diantaranya metode resistivity

dan Induced Polarization (IP).

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 porous yang berisi air atau air asin tentu lebih konduktif

(resistivitasnya rendah) dibanding batuan yang sama yang pori-porinya hanya berisi

udara (kosong).

Metoda geolistrik ada banyak macamnya, antara lain, metode:

1. Metode Resistivitas.

2. Metode Polarisasi Terimbas/Induce Polarization.

3. Metode Potensial Diri/Self Potential.

Prinsip fisika yang digunakan pada metoda geolistrik secara sederhana dapat

dianalogikan dengan rangkaian listrik. Jika arus dari suatu sumber dialirkan ke suatu

beban listrik maka besarnya resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan besarnya

potensial sumber dan besarnya arus yg mengalir.

Metode geolistrik ini digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan

batuan bawah permukaan, untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan akifer

yaitu lapisan batuan yang merupakan lapisan pembawa air. Umumnya yang dicari

adalah confined aquifer yaitu lapisan akifer yang diapit oleh lapisan batuan kedap air

(misalnya lapisan lempung) pada bagian bawah dan bagian atas. Confined akifer ini

mempunyai recharge yang relatif jauh, sehingga ketersediaan air tanah di bawah titik

bor tidak terpengaruh oleh perubahan cuaca setempat.

Geolistrik ini bisa untuk mendeteksi adanya lapisan tambang yang

mempunyai kontras resistivitas dengan lapisan batuan pada bagian atas dan

bawahnya. Bisa juga untuk mengetahui perkiraan kedalaman bedrock untuk fondasi

bangunan. Metoda geolistrik juga bisa untuk menduga adanya panas bumi

(geothermal) di bawah permukaan. Hanya saja metoda ini merupakan salah satu

metoda bantu dari metoda geofisika yang lain untuk mengetahui secara pasti

keberadaan sumber panas bumi di bawah permukaan.

Potensial listrik batuan adalah potensial listrik alam atau potensial diri

disebabkan terjadinya kegiatan elektrokimia atau kegiatan alam. Faktor pengontrol

dari semua kejadian ini adalah air tanah. Potensial ini berasosiasi dengan pelapukan

mineral pada bodi sulfida, perbedaan sifat batuan (kandungan mineral) pada kontak

geologi, kegiatan bioelektrik, dan materi organik korosi, gradient termal, serta

gradient tekanan.

Macam-macam Potensial Listrik

1. Potensial elektrokinetik

Terjadi ketika cairan dengan tahanan jenis ρ dan viskositas η ‘tertekan’ pada

suatu medium berpori. ζ yaitu potensial zeta (absorpsi), ΔP yaitu beda

tekanan, dan k yaitu konstanta dielektrik.

2. Potensial Difusi (Liquid Junction)

Terjadi karena perbedaan pergerakan ion pada fluida berkonsentrasi beda.

3. Potensial Nerst

Terjadi saat 2 buah logam yang berkonsentrasi beda dibenamkan dalam cairan

elektrolit.

4. Potensial Mineralisasi

Terjadi saat 2 metal berbeda dimasukkan dalam cairan yang sama.

Cara arus mengalir di bumi:

Elektronik (Ohmik)

Arus mengalir lewat media padat (logam, batuan, dll). Jika arus dari suatu

sumber dialirkan ke suatu beban listrik (misalkan kawat seperti terlihat pada

gambar) maka besarnya resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan besarnya

potensial sumber dan besarnya arus yang mengalir.

Gambar 1. Arus mengalir di dalam kawat

Elektrolitik

Arus mengalir lewat cairan yang mengisi pori-pori batuan. Hukum Archie:

Ф adalah porositas, Sw perbandingan pori berisi fluida, ρw adalah resistivitas

fluida, n, a, m adalah konstanta.

Konduksi Dielektrik

Arus terbentuk akibat gangguan osilasi medan magnet dari luar. Berkaitan

dengan medan luar yang berubah terhadap fungsi waktu (periodik). Parameter

terpenting adalah konstanta dielektrik (pada analisis DC = konduktivitas)

Metoda Geolistrik Tahanan Jenis

Metode resistivitas pada dasarnya adalah pengukuran harga resistifitas

(tahanan jenis) batuan. Prinsip kerja metode ini adalah dengan menginjeksikan arus

ke bawah permukaan bumi sehingga diperoleh beda potensial, yang kemudian akan

didapat informasi mengenai tahanan jenis batuan. Hal ini dapat dilakukan dengan

menggunakan keempat elektroda yang disusun sebaris, salah satu dari dua buah

elektroda yang berbeda muatan digunakan untuk mengalirkan arus ke dalam tanah,

dan dua elektroda lainnya digunakan untuk mengukur tegangan yang ditimbulkan

oleh aliran arus tadi, sehingga resistivitas bawah permukaan dapat diketahui.

Resistivitas batuan adalah fungsi dari konfigurasi elektroda dan parameter-parameter

listrik batuan. Arus yang dialirkan di dalam tanah dapat berupa arus searah (DC) atau

arus bolak-balik (AC) berfrekuensi rendah. Untuk menghindari potensial spontan,

efek polarisasi dan menghindarkan pengaruh kapasitansi tanah yaitu kecenderungan

tanah untuk menyimpan muatan maka biasanya digunakan arus bolak balik yang

berfrekuensi rendah.

Gambar .1 Prinsip Kerja Metode Resistivitas

Penyelidikan geolistrik ini terdiri atas dua jenis kegiatan yaitu pemetaan

tahanan jenis (Mapping) dan pendugaan tahanan jenis (Sounding). Hasil pengukuran

mapping akan berupa peta-peta tahanan jenis semu untuk berbagai bentangan

elektroda arus, sedangkan pengukuran sounding akan berupa profil-profil nilai

tahanan jenis sebenarnya.

Secara umum, pendekatan sederhana pembahasan gejala kelistrikan bumi

adalah dengan menganggap bumi sebagai medium homogen (jenis lithologi sama)

dan bersifat isotropis (diukur dari berbagai arah akan memberikan harga yang sama).

Dengan perlakuan tersebut medan listrik dari sumber titik di dalam bumi merupakan

simetri bola.

Ekuipotensial di setiap titik di dalam bumi membentuk permukaan bola

dengan jari-jari r. Arus listrik yang diinjeksikan melalui elektroda arus sebagai fungsi

jarak dan kedalaman, mengalir keluar bola secara radial ke segala arah sebesar

Dimana A adalah luas permukaan bola dan J adalah rapat arus yang

menyatakan besarnya arus yang mengalir dalam suatu luasan yang dinyatakan dengan

persamaan

dimana σ adalah konduktivitas listrik dan E adalah medan listrik yang

dinyatakan dengan persamaan

Sehingga dengan dua persamaan di atas, jika disubstitusikan ke persamaan

pertama, akan didapat:

Kemudian beda potensial (tegangan) diberikan oleh persamaan

dengan

Disubstitusika ke persamaan diperoleh:

dengan

Ingat bahwa konduktivitas listrik σ merupakan kebalikan dari resistivitas

listrik ρ, sehingga:

Karena sumber arus terdapat di permukaan bumi, maka permukaan yang

dilalui arus adalah setengah bola sehingga

Apabila jarak antara dua elektroda arus tidak terlalu besar, potensial disetiap

titik dekat permukaan akan dipengaruhi oleh kedua elektroda arus. Adapun potensial

listrik yang dihasilkan dari kedua sumber arus ini adalah beda potensial yang terukur

pada dua titik pengukuran pengukuran potensial (P1 dan P2). Adapun beda potensial

terukur antara titik P1 dan P2 adalah,

dimana: r1 = jarak C1 ke P1

r2 = jarak C2 ke P1

r3 = jarak C1 ke P2

r4 = jarak C2 ke P2

Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut:

Gambar .2 Model dua elektroda arus dan dua elektroda potensial

Dengan mengatur persamaan beda potensial di atas, diperoleh persamaan

untuk resistivitas

Dimana K adalah factor koreksi geometri yang dinyatakan dengan

Factor koreksi ini berubah – ubah tergantung dari konfigurasi apa yang

digunakan. Factor koreksi ini dilakukan karena pada umumnya lapisan batuan tidak

mempunyai sifat homogen sempurna, seperti yang dipersyaratkan pada pengukuran

geolistrik. Untuk posisi lapisan batuan yang terletak dekat dengan permukaan tanah

akan sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran tegangan dan ini akan membuat

data geolistrik menjadi menyimpang dari nilai sebenarnya. Yang dapat

mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah fragmen batuan lain yang

menyisip pada lapisan, faktor ketidak-seragaman dari pelapukan batuan induk,

material yang terkandung pada jalan, genangan air setempat, perpipaan dari bahan

logam yang bisa menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ke tanah dan

sebagainya. Tegangan listrik alami yang umumnya terdapat pada lapisan batuan

disebabkan oleh adanya larutan penghantar yang secara kimiawi menimbulkan

perbedaan tegangan pada mineral-mineral dari lapisan batuan yang berbeda juga akan

menyebabkan ketidak-homogenan lapisan batuan.

Sifat Kelistrikan Batuan

Aliran arus listrik didalam batuan/mineral dapat digolongkan menjadi tiga

macam, yaitu konduksi secara elektronik, konduksi secara elektrolitik dan konduksi

secara dielektrik. Konduksi secara elektronik terjadi jika batuan/mineral mempunyai

banyak elektron bebas sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan/mineral tersebut

oleh elektron-elektron bebas itu. Konduksi elektrolitik terjadi jika batuan/mineral

bersifat porus dan pori-pori tersebut terisi oleh cairan-cairan elektrolitik. Pada

konduksi ini arus listrik dibawa oleh ion-ion elektrolit. Sedang konduksi dielektrik

terjadi jika batuan/mineral bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik yaitu terjadi

polarisasi saat bahan dialiri listrik.

Berdasarkan harga resistivitas listriknya, batuan/mineral digolongkan menjadi

tiga yaitu:

Konduktor baik : 10 −8 < ρ < 1 Ω m

Konduktor pertengahan : 1 < ρ < 107 Ω m

Isolator : ρ > 10 7 Ω m

Bila tidak ada kandungan mineral lempung, maka resisivitas batuan

bergantung pada:

Porositas

Kandungan air dalam pori (saturasi)

Kandungan Mineral dalam fluida (salinitas) yang berada dalam pori

Temperatur

Mineral Lempung

Mineral lempung yang memiliki ion-ion negatif dan positif bebas

menyebabkan arus listrik mudah mengalir, sehingga resistivitas batuan mengecil/

berkurang.

Konfigurasi Elektrode

Terdapat banyak aturan penempatan elektrode (konfigurasi elektrode) yang

digunakan dalam metode resistivitas. Beberapa konfigurasi elektrode pada penerapan

metode resistivitas diantaranya adalah konfigurasi Wenner, konfigurasi Schlumberger

dan konfigurasi Dipole-dipole.

Konfigurasi Wenner

Pada konfigurasi Wenner, elektrode arus dan elektrode potensial diletakkan

seperti pada gambar

Gambar 5. Konfigurasi wenner

Dalam hal ini, elektrode arus dan elektrode potensial mempunyai jarak yang

sama yaitu C1P1= P1P2 = P2C2 = a. Jadi jarak antar elektrode arus adalah tiga kali

jarak antar elektrode potensial. Perlu diingat bahwa keempat elektrode dengan titik

datum harus membentuk satu garis.

Pada resistivitas mapping, jarak spasi elektrode tidak berubah-ubah untuk

setiap titik datum yang diamati (besarnya a tetap), sedang pada resistivitas sounding,

jarak spasi elektrode diperbesar secara bertahap, mulai dari harga a kecil sampai

harga a besar, untuk satu titik sounding. Batas pembesaran spasi elektrode ini

tergantung pada kemampuan alat yang dipakai. Makin sensitif dan makin besar arus

yang dihasilkan alat maka makin leluasa dalam memperbesar jarak spasi elektrode

tersebut, sehingga makin dalam lapisan yang terdeteksi atau teramati.

Dari gambar, dapat diperoleh besarnya Faktor Geometri untuk Konfigurasi

Wenner adalah

sehingga pada konfigurasi Wenner berlaku hubungan

Konfigurasi Wenner-Schlumberger

Konfigurasi ini merupakan perpaduan dari konfigurasi Wenner dan

konfigurasi Schlumberger. Pada pengukuran dengan faktor spasi (n) = 1, konfigurasi

Wenner-Schlumberger sama dengan pengukuran pada konfigurasi Wenner (jarak

antar elektrode = a), namun pada pengukuran dengan n = 2 dan seterusnya,

konfigurasi Wenner-Schlumberger sama dengan konfigurasi Schlumberger (jarak

antara elektrode arus dan elektrode potensial lebih besar daripada jarak antar

elektrode potensial).

Gambar 6. Konfigurasi wenner- schlumberger

Maka, berdasarkan gambar, faktor geometri pada konfigurasi Wenner-

Schlumberger adalah

Sehingga berlaku hubungan

Konfigurasi Dipole – Dipole

Konfigurasi dipole-dipole menggunakan empat buah elektroda yang terdiri

dari dua elektroda potensial dan dua elektroda arus. Elektroda arus ditempatkan di

urutan pertama kemudian dilanjutkan dengan elektroda potensial. Jarak AB dan MN

sebesar a sedangkan elektroda arus dan elektroda potensial dipisahkan oleh jarak na

dimana n merupakan faktor kali pemindahan elektroda potensial.

Dengan susunan konfigurasi tersebut maka didapatkan nilai faktor geometris

sebesar :

dan resistivitas semu:

Gambar 4. Konfigurasi dipole-dipole

Mempunyai dua bagian utama ‘Current Dipole’ (AB) dan ‘Potential Dipole’

(MN), yang letaknya tidak segaris dan simetris. Untuk menambah kedalaman

penetrasi, jarak CD dan PD diperpanjang, sedangkan jarak AB dan MN tetap.

Gambar. 3 Macam-macam Konfigurasi Dipole

Kelebihan dan kekurangannya:

1. Kemampuan penetrasi yang lebih dalam sehingga mampu medeteksi batuan

lebih dalam.

2. Tidak praktis dibandingkan konfigurasi Wenner atau Schlumberger.

Metodologi percobaan