1

I. PENDAHULUAN

Metoda geofisika merupakan salah satu metoda yang umum digunakan

dalam eksplorasi endapan bahan galian. Meskipun eksplorasi mineral

sudah dilakukan semenjak ratusan tahun yang lalu tetapi catatan ilmiah

mengenai hal ini baru dimulai pada tahun 1556 manakala Georgius

Agricola mempublikasikan De re Metalica. Berpangkal dari buku ini maka

beberapa tahun kemudian eksplorasi mineral dan dunia pertambangan

mulai menggunakan suatu landasan ilmu pengetahuan. Sejarah mencatat

ternyata di dunia pertambangan ini pula kemudian berkembang ilmu-ilmu

lain yang sangat mendukung antara lain ilmu geologi dan geofisika.

Meskipun perkembangan ilmu-ilmu tersebut sudah cukup lama namun

aplikasi metode geofisika pada dunia pertambangan ternyata baru dimulai

pada tahun 1893, ketika Von Wrede menmukan bahwa variasi medan

magnet bumi yang di ukur oleh Lamont menggunakan magnetic theodolite

ternyata dapat di pakai untuk mengidentifikasi bodi dari suatu magnetic

ore. Sekitar 25tahun kemudian seorang professor bernama Robert Thalens

mempublikasikan bukunya yang berjudul On The Examination of Iron Ore

deposits by Magnetics Methodes. Tahun-tahun sesudahnya adalah

maraknya aplikasi geomagnet di dunia pertambangan.

Metode geolistrik berkembang pada awal tahun 1900-an. Tetapi kemudian

mulai banyak dipakai untuk keperluan eksplorasi pada tahun 1970-an.

Metode yang pertama kali banyak dipakai di Indonesia adalah metode

geolistrik aturan Schlumberger dan Wenner. Pada metode ini pengambilan

data V (beda potensial) dan I (kuat arus) dilakukan mengikuti konfigurasi

elektroda yang dibuat oleh Schlumberger (untuk aturan schlumberger) dan

Wenner (untuk aturan Wenner).

2

II. PEMBAHASAN

Metoda geolistrik adalah salah satu metoda geofisika yang didasarkan pada

penerapan konsep kelistrikan pada masalah kebumian. Tujuannya adalah

untuk memperkirakan sifat kelistrikan medium atau formasi batuan bawah-

permukaan terutama kemampuannya untuk menghantarkan atau

menghambat listrik (konduktivitas atau resistivitas).

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 tsb. Batuan porous yg berisi air atau

air asin tentu lebih konduktif (resistivitas-nya rendah) dibanding batuan yg

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 (misalkan kawat seperti terlihat pada

gambar) maka besarnya resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan

besarnya potensial sumber dan besarnya arus yg mengalir.

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.

3

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.

L

RA

IRV

4

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)

Jenis-jenis metode geolistrik:

1. Metode Tahanan Jenis

Metode resistivitas merupakan metode geolistrik yang mempelajari sifat

tahanan jenis listrik dari lapisan batuan di dalam bumi. Prinsip dasar

metode resistivitas yaitu mengirimkan arus ke bawah permukaan, dan

mengukur kembali potensial yang diterima di permukaan.

Pada gambar disamping dapat dilihat sebaran arus pada permukaan

akibat arus listrik yang dikirim ke bawah permukaan. Garis tegas

menunjukkan arus yang dikirim mengalami respon oleh suatu lapisan

yang homogenous. Sedangkan arus putus-putus menunjukkan arus

normal dengan nilai yang sama. Garis-garis tersebut disebut dengan

garis equipotensial.

5

Gambar : garis-garis equipotensial

Tahanan jenis batuan dan mineral, memiliki jangkauan sangat lebar dari

perak murni (1,6 x 10-8 Ωm) hingga ke sulfur murni (1016 Ωm).

Konduktor memiliki banyak elektron bebas dengan mobilitas yang baik.

Isolator memiliki ikatan ion sehingga elektron valensinya tidak mudah

bergerak.

Tabel tahanan jenis batuan dan mineral berikut dapat digunakan untuk

mengetahui resistivitas material di dalam bumi

6

Faktor Geometri

Faktor geometri diturunkan dari beda potensial yang terjadi antara

elektroda potensial MN yang diakibatkan oleh injeksi arus pada

elektroda arus AB, yaitu :

Besarnya resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan besarnya

potensial sumber dan besarnya arus yg mengalir. Besaran resistansi tsb.

tidak dapat digunakan untuk memperkirakan jenis material karena

masih bergantung ukuran atau geometri-nya. Untuk itu digunakan

besaran resistivitas yg merupakan resistansi yang telah dinormalisasi

terhadap geometri. Ketika melakukan eksplorasi, perbandingan posisi

titik pengamatan terhadap sumber arus. Perbedaan letak titik tersebut

akan mempengaruhi besar medan listrik yang akan diukur. Besaran

10-

5

107

SemikonduktorIsolator Kondukto

r

7

koreksi terhadap perbedaan letak titik pengamatan tersebut dinamakan

faktor geometri.

Macam-macam konfigurasi metode resistivitas berdasarkan letak

elektrodanya, yaitu;

1. Segaris dan simetri terhadap titik pusat pada kedua sisi.

a. Konfigurasi Wenner

b. Konfigurasi Schlumberger

c. Konfigurasi Dipole-dipole

2. Tidak segaris dan simetri terhadap titik pusat pada kedua sisi.

a. Konfigurasi Dipole.

Konfiguirasi Wenner

Metode ini dikembangkan di Amerika. Jarak MN selalu 1/3 dari jarak

AB. Jika jarak AB diperlebar maka, jarak MN juga harus diubah,

sehingga jarak MN tetap 1/3 jarak AB.

Kelebihan dan kekurangannya:

1. Ketelitian pembacaan nilai tegangan pada elektroda MN lebih baik

dengan angka yang relatif besar.

2. Tidak bisa mendeteksi homogenitas batuan didekat permukaan,

yang bisa berpengaruh terhadap hasil perhitungan.

K=2 πa

8

Konfigurasi Schlumberger

Jarak MN idealnya, dibuat sekecil mungkin, sehingga jarak MN secara

teoritis tidak berubah. Terbatasnya kepekaan alat ukur maka, ketika

jarak AB sudah relatif besar maka jarak MN juga dirubah. Perubahan

jarak MN hendaknya tidak lebih 1/5 jarak AB.

Kelebihan dan kekurangannya:

1. Mampu mendeteksi adanya non-homogenitas lapisan batuan pada

permukaan.

2. Pembacaan tegangan pada elektroda MN, lebih kecil, terutama ketika

jarak AB jauh.

Konfigurasi 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 : macam-macam konfigurasi dipole

K=π (L2

−l2)

2l

9

Kelebihan dan kekurangannya:

1. Kemampuan penetrasi yang lebih dalam sehingga mampu

medeteksi batuan lebih dalam.

2. Tidak praktis dibandingkan konfigurasi Wenner atau

Schlumberger.

Teknik Pengukuran

Berdasarkan pada tujuan penyelidikan metode resistivitas, teknik

pengukurannya dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu metode

resistivity mapping dan sounding. Metode resistivity mapping

merupakan metode resistivitas yang bertujuan untuk mempelajari

variasi tahanan jenis lapisan bawah permukaan secara lateral.

Sedangkan metode resistivitas sounding bertujuan untuk mempelajari

variasi resisitivitas batuan di bawah permukaan bumi secara vertikal.

Selain itu juga terdapat teknik imaging/topografi, yaitu teknik

pengukuran untuk memperoleh informasi baik secara lateral maupun

vertical (2D dan 3D).

a b

Gambar : metode resistivitas (a) mapping (b) sounding

10

Gambar : (a) visualisasi 2D (b) visualisasi 3D

b

a

11

2. Metode Polarisasi Terimbas

Metode polarisasi terimbas merupakan salah satu metode geofisika

yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineral-

mineral logam di bawah permukaan bumi. Metode IP pada hakekatnya

adalah pengembangan lebih lanjut dari metode tahanan jenis yang

mampu memberikan informasi tambahan ketika tidak ditemukan

kontras tahanan jenis yang memadai.

Pada metoda ini arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua

elektroda arus, kemudian beda potensial yang terjadi diukur melalui

dua elektroda potensial.

Dalam metoda polarisasi terimbas ada 3 macam metoda pengukuran

yaitu:

1) Pengukuran dalam domain waktu,

2) Pengukuran dalam domain frekuensi,

3) pengukuran sudut fasa.

Metoda polarisasi terimbas ini terutama dipahami dalam eksplorasi

logam dasar (Base Metal) dan penyelidikan air tanah (Ground Water).

Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda potensial dan arus, dikenal

beberapa jenis metoda polarisasi terimbas antara lain :

1) Metoda Schlumberger

2) Metoda Wenner

3) Metoda Pole-Dipole

4) Metode Dipole-dipole

Ketika arus tunak dialirkan ke medium dapat dihitung arus efektifnya.

Namun ketika arus dimatikan, maka arus yang terukur, tidak langsung

seketika menjadi = 0. Efek ini disebut potensial polarisasi (efek IP)

yang dianalisis dalam metode IP.

12

Penyebab Polarisasi Batuan

• Polarisasi Membran

Penghantaran secara elektrolit paling mungkin terjadi apabila

material tidak memiliki kandungan mineral logam. Untuk

memungkinkan penghantaran jenis ini berlangsung, diperlukan

zona-zona porus yang medium. Kebanyakan material pembentuk

batuan muatan negatif (-) pada bidang batas antara permukaan

batuan dengan fluida pada pori. Karenanya, ion positif (+) akan

tertarik ke zona tersebut dan ion negatif akan tertolak dari zona

tersebut apabila medium dialiri arus.

Gambar: proses polarisasi membran pada medium oleh mineral lempung dalam batuan

(a). kondisi sebelum medium dialiri arus listrik (b). kondisi ketika medium dialiri arus

Gambar: efek polarisasi terimbas

13

• Polarisasi Elektroda

Polarisasi elektroda merupakan sumber polarisasi terbesar

disebabkan oleh keberadaan mineral logam dalam medium batuan.

Penghantaran arus dalam medium batuan yang mengandung

mineral logam dilakukan secara elektronik maupun elektrolitik.

Reaksi kimia berupa reaksi reduksi-oksidasi dan kemungkinan

pertukaran ionik akan terjadi pada bidang batas mineral dengan

elektrolit sampai terjadi keadaan setimbang. Apabila arus dialirkan

ke dalam medium, akan timbul gangguan kesetimbangan berupa

polarisasi pada bidang batas mineral logam yang berfungsi sebagai

elektroda dan air pada medium batuan yang berfungsi sebagai

eletrolit.

Gambar : salah satu kemungkinan keadaan distribusi ion pada bidang batas medium solid-elektrolit

14

Teknik Pengukuran Efek IP

1. Domain Waktu

Pada pengukuran efek IP jenis ini, sumber arus DC dialirkan

pada selang waktu tertantu. Cara paling sederhana untuk

mengukur efek IP dalam fungsi waktu ialah membandingkan

potensial residual (Vs(t)) yang tersisa pada waktu t setelah arus

dihentikan dan potensial yang terukur pada kedua elektroda

potensial selama arus DC mengalir (Vp). Saat sumber arus DC

diputus, akan terjadi penurunan beda potensial pada kedua

elektroda potensial pada kawasan waktu. Nilai beda potensial

saat tidak adanya arus DC yang mengalir dicatat sebagai beda

potensial sekunder dalam fungsi waktu (Vs(t)).

Chargeability

Gambar : konsep pengukuran polarisasi terinduksi kawasan waktu.

M= 1Vp

∫t1

t2

Vs( t )dt

IPeffect=(Vs( t1)Vp )×100 %

15

2. Domain Frekuensi

Pada pengukuran IP jenis ini, dilakukan pengukuran tahanan

jenis semu ( ρa ) pada dua atau lebih frekuensi arus bolak balik

(AC). Hal ini berangkat dari asumsi bahwa ρa

yang juga

merupakan impedansi kompleks bergantung pada frekuensi,

dimana hubungan keduanya adalah berbanding terbalik.

Gambar : konsep pengukuran polarisasi terinduksi kawasan frekuensi.

dimana ρa 1 adalah tahanan jenis semu saat frekuensi rendah,

sedangkan ρa 2 adalah tahanan

MF=103 PFE / ρa2

( PFE )=( ρa 2− ρa1

ρa 1)×100 %

16

3. Pengukuran Sudut Fase (Phase Angle)

Pengukuran fase dalam IP dinyatakan sebagai perbedaan sudut

fase diantara sinyal tegangan yang diterima dan bentuk

gelombang arus yang masuk, dengan asumsi keduanya

berbentuk gelombang sinusoidal. Jika arus yang masuk

merupakan gelombang persegi pengukuran fase dinyatakan

sebagai sudut fase diantara gelombang harmonik fundamental

dari sinyal yang dikirim dan yang diterima. Pengukuran fase

memerlukan suatu sinyal referensi diantara pengirim dan

penerima.

3. Metode Potensial Diri

Metoda potensial diri pada dasarnya merupakan metoda yang

menggunakan sifat tegangan alami suatu massa (endapan) di alam.

Hanya saja perlu diingat bahwa anomali yang diberikan oleh metoda

potensial diri ini tidak dapat langsung dapat dikatakan sebagai badan

bijih tanpa ada pemastian dari metoda lain atau pemastian dari kegiatan

geologi lapangan.

Karena pengukuran dalam metoda potensial diri diperoleh langsung

dari hubungan elektrik dengan bawah permukaan, maka metoda ini

tidak baik digunakan pada lapisan-lapisan yang mempunyai sifat

pengantar listrik yang tidak baik (isolator), seperti batuan kristalin

yang kering. Dalam metoda potensial diri (self potential) ada 2 macam

teknik pengukuran.

17

Instrumen Metode IP

1) Secara umum, peralatan yang digunakan pada metoda potensial diri

ini terdiri dari elektroda, kabel, dan voltmeter.

2) Elektroda yang digunakan terbuat seperti tabung panjang yang diisi

dengan larutan CuSO4 dengan porosnya terbuat dari dari tembaga.

Tipe lainnya dikenal dengan elektroda Calomel yang diisi oleh KCl-

HgCl2.

Teknik Pengukuran Metode Potensial Diri

Ada dua macam teknik pengukuran yaitu:

1. Cara yang pertama, salah satu elektroda tetap, sedangkan yang satu

lagi bergerak pada lintasannya.

2. Cara yang kedua, kedua elektroda bergerak bersamaan secara

simultan, misalnya dengan interval 50 m.

18

III.PENUTUP

1. Manfaat Survey Geolistrik

a) Survei bawah permukaan pada perencanaan bendung, jalan,

pondasi dalam, lokasi TPA, dll

b) Survey potensi akuifer airtanah/air bawah tanah dan pelacakan

sungai-sungai bawah tanah

c) Survei potensi pencemaran leachate limbah industri pada

lingkungan bawah tanah (subsurface)

d) Water resource management dalam bidang penyediaan air baku

e) Pemetaan zona jenuh air dan bidang kelongsoran tanah

f) Pemetaan zona kedap dan zona porous batuan/tanah

g) Pemetaan dan remediasi zona instrusi air laut pada akuifer pantai

h) Dll.

2. Kesimpulan

a) Metode geolistrik merupakan salah satu metode dalam eksplorasi

geofisika dengan memanfaatkan sifat kelistrikan (konduktivitas dan

resistivitas).

b) Jenis-jenis metode yang digunakan dalam geolistrik yaitu; metode

tahanan jenis/resistivitas, metoda polarisasi terimbas, dan metode

potensial diri.

c) Konfigurasi yang sering digunakan yaitu,

1) Konfigurasi Wenner

2) Konfigurasi Schlumberger

3) Konfigurasi Dipole, Double Dipole, dll.

19

DAFTAR PUSTAKA

http://firdaus.unhalu.ac.id/http://id.wikipedia.com/geofisikahttp://www.geolistrik.com