MODUL FISIKA BUMI

METODE GEOLISTRIK (TAHANAN JENIS)

1. TUJUAN

a. Memahami prinsip fisika serta konsep yang digunakan dalam metode tahanan jenis b. Memahami teknik akuisisi metode tahanan jenis c. Memahami teknik pengolahan data serta interpretasi metode tahanan jenis.

2. ALAT-ALAT

Peralatan lapangan yang digunakan dalam eksperimen fisika ini terdiri atas : a. 1 set resistivitimeter single-channel Naniura (gambar 1), yang terdiri dari :

1 main unit

2 elektroda arus

2 elektroda potensial

2 gulung kabel arus

2 gulung kabel potensial

1 buah accu, digunakan untuk sumber arus pada pengukuran geolistrik.

Gambar 1. Satu set resistivitimeter single channel Naniura.

b. Palu, digunakan menancapkan elektroda. c. Dua buah meteran tali, digunakan untuk mengukur interval elektroda. d. Empat buah HT, digunakan untuk berkomunikasi di lapangan (bila diperlukan). e. Satu buah laptop, digunakan untuk menyimpan data penyelidikan, sekaligus untuk pengolahan

data dan penyusunan laporan (bila diperlukan).

3. TEORI DASAR

Metode geolistrik merupakan metode geofisika yang digunakan untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan bumi dengan cara mempelajari sifat aliran listrik pada lapisan batuan. Berdasarkan jenis sifat aliran listrik, metode geolistrik dapat diklasifikasikan menjadi metode potensial diri atau SP (self-potential), polarisasi terimbas atau IP (induced polarization), dan resistivitas atau tahanan jenis.

Pada metode tahanan jenis, sifat aliran listrik yang dipelajari adalah resistivitas batuan. Resistivitas batuan merupakan besaran fisis yang berhubungan dengan kemampuan suatu lapisan batuan dalam menghantarkan arus listrik. Lapisan batuan yang mempunyai nilai resistivitas rendah, berarti mudah menghantarkan arus listrik. Sebaliknya lapisan batuan yang nilai resistivitasnya tinggi, berarti sulit menghantarkan arus listrik.

Dalam pengukuran tahanan jenis digunakan 4 elektroda, masing-masing 2 elektroda arus (C1 dan C2) dan 2 elektroda potensial (P1 dan P2) (Gambar 2.3). Arus listrik berfrekuensi rendah diinjeksikan ke dalam bumi dengan menggunakan elektroda arus (C1 dan C2). Respon beda potensial antara dua titik di permukaan yang diakibatkan oleh aliran arus tersebut, diukur melalui dua elektroda potensial (P1 dan P2). Variasi nilai resistivitas diperoleh dari hasil pengukuran beda potensial tersebut.

V

I

C1 C2P2P1

r4r3

r2r1

Gambar 2. Konfigurasi elektroda arus dan potensial

4321

1111

2 rrrr

IV

(1)

dimana:

V = beda potensial; P1 dan P2

I = kuat arus

= resistivitas

r1, r2, r3, r4 = parameter konfigurasi

Dikarenakan elektroda pada saat melakukan pengukuran disusun sedemikian rupa, maka harus dilakukan perhitungan terhadap konfigurasi susunan elektroda. Suatu besaran yang berfungsi sebagai faktor untuk mengkoreksi berbagai konfigurasi elektroda disebut sebagai faktor geometri.

Faktor geometri yang diturunkan untuk konfigurasi elektroda ditunjukkan seperti gambar 2.4 di bawah ini

A BNM

Gambar 3. Konfigurasi elektroda untuk faktor geometri [Reynolds, 1997]

BNANBMAM

IVVV NM

1111

2

(2)

I

V

BNANBMAM

1

11112

Sehingga resistivitas semu medium yang terukur dihitung berdasarkan persamaan [van Norstand et al, 1966; Reynolds 1997; Telford et al, 1990]:

I

VKa

(3)

dimana

1

11112

BNANBMAMK (4)

Nilai resistivitas yang dihitung bukanlah nilai resistivitas bawah permukaan yang sebenarnya, namun merupakan nilai resistivitas semu (apparent resistivity) yang merupakan resistivitas dari bumi yang dianggap homogen yang memberikan nilai resistansi yang sama untuk susunan elektroda yang sama.

Faktor geometri (K) merupakan besaran penting dalam pendugaan resistivitas vertikal maupun horizontal. Besaran ini tetap untuk konfigurasi elektroda yang tetap. Berikut ini beberapa faktor geometri yang sering digunakan dalam pengukuran metode tahanan jenis:

a. Konfigurasi Sclumberger

Konfigurasi Schlumberger biasa digunakan untuk memperoleh struktur kedalaman pada suatu titik (sounding).

Gambar 4. Konfigurasi elektroda Schlumberger

Untuk konfigurasi Shlumberger, nilai faktor geometri dapat dihitung menggunakan persamaan (4), dimana:

K

b

ba

2

22

(5)

b. Konfigurasi Wenner

Konfigurasi Wenner baik digunakan untuk pendugaan struktur resistivitas bawah permukaan secara lateral.

Gambar 5. Konfigurasi elektroda Wenner

Dengan memperhitungkan susunan elektroda maka diperoleh nilai faktor geometri untuk konfigurasi Wenner, dimana:

K a2 (6)

c. Konfigurasi dipole-dipole

Konfigurasi dipole-dipole baik digunakan apabila kondisi topografi di daerah penyelidikan cukup bervariasi.

na aa

I

BA

V

NM

Gambar 6. Konfigurasi elektroda dipole-dipole

Nilai faktor geometri untuk konfigurasi dipole-dipole dapat diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

K )2)(1( nnna (7)

4. TUGAS PENDAHULUAN

a. Jelaskan hukum fisika yang mendasari metode geolistrik tahanan jenis?! b. Hasil pengukuran metode tahanan jenis berupa resistivitas semu (apparent resistivity). Apa itu

resistivitas semu? Jelaskan konsep serta perbedaannya dengan resistivitas sebenarnya. c. Dalam metode tahanan jenis, terdapat beberapa konfigurasi elektroda yang sering digunakan.

Sebutkan beberapa konfigurasi tersebut serta gambarkan perbedaaan konfigurasi elektrodanya.

d. Turunkan pula faktor geometri untuk masing-masing elektroda tersebut. e. Jika dibandingkan, jelaskan kelebihan serta kekurangan masing-masing konfigurasi. f. Menurut anda, metode tahanan jenis cocok digunakan untuk mencari apa? Jika dihubungkan

dengan parameter fisis, jelaskan berdasarkan pemahaman fisika anda. g. Sebutkan pula kelebihan serta kekurangan metode tahanan jenis jika dibandingkan dengan

metode geolistrik lainnya.

5. LANGKAH EKSPERIMEN

A. Pengukuran 1D (Sounding)

Pengukuran sounding menggunakan konfigurasi Schlumberger, dengan nilai 2 2

2

a bK

b

.

Langkah-langkah pengukuran sounding adalah sebagai berikut: 1. Buatlah rangkaian alat seperti gambar 4. A dan B adalah elektroda arus sedangkan M dan

N adalah elektroda potensial. 2. Gunakan meteran untuk mengetahui jarak a (AB/2) dan b (MN/2) di lapangan. Perhatikan

jarak a dan b, sesuaikan dengan tabel pengukuran (tabel 1) 3. Hubungkan masing-masing elektroda ke alat menggunakan kabel 4. Hubungkan multimeter ke alat 5. Hubungkan alat dengan sumber arus (accu) 6. Nyalakan alat, perhatikan setiap indikator telah berfungsi dengan baik 7. Injeksikan arus, kemudian catat nilai pembacaan potensial dan arus pada tabel 8. Hitung ρa untuk setiap pengukuran 9. Plot hasil perhitungan ρa pada kurva semi log (gambar 8) 10. Ulangi tahapan pengukuran sounding di atas untuk setiap jarak a dan b yang berbeda.

B. Pengukuran 2D (Mapping)

Pengukuran mapping menggunakan konfigurasi Wenner, dengan nilai 2K a . Langkah-langkah pengukuran mapping adalah sebagai berikut: 1. Buatlah rangkaian alat seperti gambar 5. A dan B adalah elektroda arus sedangkan M dan

N adalah elektroda potensial. 2. Gunakan meteran untuk mengetahui jarak a antar elektroda. Posisi masing-masing

elektroda disesuaikan dengan tabel pengukuran (tabel 2) 3. Hubungkan masing-masing elektroda ke alat menggunakan kabel 4. Hubungkan multimeter ke alat 5. Hubungkan alat dengan sumber arus (accu) 6. Nyalakan alat, perhatikan setiap indikator telah berfungsi dengan baik 7. Injeksikan arus, kemudian catat nilai pembacaan potensial dan arus pada tabel 8. Hitung ρa untuk setiap pengukuran 9. Ulangi tahapan pengukuran sehingga hasil pengukuran membentuk pseudosection

(stacking chart) seperti pada gambar 7.

Gambar 7. Contoh stacking chart.

6. TUGAS LAPORAN

a. Jelaskan hubungan antara resistivitas semu, resistivitas sebenarnya, dan kedalaman?! b. Jelaskan juga hubungan antara jarak antara elektroda dengan kedalaman?! c. Lakukan inversi terhadap data hasil akuisisi 1D dengan menggunakan software IP2WIN sehingga

diperoleh nilai resistivitas terhadap kedalaman! d. Lakukan interpretasi berdasarkan hasil inversi 1D tersebut! e. Lakukan inversi terhadap data hasil akuisisi 2D dengan menggunakan software Res2Dinv! f. Kemudian lakukan interpretasi terhadap hasil inversi 2D tersebut! g. Carilah beberapa aplikasi metode tahanan jenis dengan menggunakan konfigurasi Schlumberger

maupun dengan menggunakan konfigurasi Wenner! Tuliskan dan jelaskan!

V

I

7. MATA KULIAH TERKAIT

- Fisika Dasar II - Fisika Matematika I dan Fisika Matematika II - Listrik Magnet - Metode Fisika Bumi - Pemodelan dan Inversi

8. REFERENSI

[1] Telford, W. M., et al. 1996. Applied Geophysics 2nd Edition, Cambridge University Press. [2] Reynold, J. M. 1997. An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, John Wiley &

Sons Ltd.

Gambar 8. Kurva Semi Log

Tabel 1. Tabel Akuisisi Pengukuran Geolistrik Tahanan Jenis 1D Konfigurasi Schlumberger

No.Titik : Posisi :

Lokasi : Pengamat :

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

1.5 6.28

2.5 18.85

4 49.48

6 112.31 3.46

8 200.28 12.25

10 313.37 23.56

12 451.60 37.38 6.91

15 706.07 62.83 19.63

20 1255.85 117.81 47.12

25 1962.71 188.50 82.47

30 2826.65 274.89 125.66 17.28

40 5025.76 494.80 235.62 61.26

50 7853.20 777.54 376.99 117.81

60 11308.95 1123.12 549.78 186.92

75 17670.67 1759.29 867.86 314.16

100 31415.14 3133.74 1555.09 589.05

rho rho (overlap)

TABEL AKUISISI DATA

GEOLISTRIK TAHANAN JENIS 1D

SOUNDING SCHLUMBERGER

0.5 5 10 25I I (overlap) V V (overlap)

No.Lintasan : Posisi :

Lokasi : Pengamat :

A M N B I1 I2 V1 V2 1 2

1 1 0 1 2 3 6.28

2 1 1 2 3 4 6.28

3 1 2 3 4 5 6.28

4 1 3 4 5 6 6.28

5 1 4 5 6 7 6.28

6 1 5 6 7 8 6.28

7 1 6 7 8 9 6.28

8 1 7 8 9 10 6.28

9 1 8 9 10 11 6.28

10 1 9 10 11 12 6.28

11 1 10 11 12 13 6.28

12 1 11 12 13 14 6.28

13 1 12 13 14 15 6.28

14 1 13 14 15 16 6.28

15 1 14 15 16 17 6.28

16 1 15 16 17 18 6.28

17 1 16 17 18 19 6.28

18 1 17 18 19 20 6.28

19 1 18 19 20 21 6.28

20 1 19 20 21 22 6.28

21 1 20 21 22 23 6.28

22 1 21 22 23 24 6.28

23 1 22 23 24 25 6.28

24 1 23 24 25 26 6.28

25 1 24 25 26 27 6.28

26 1 25 26 27 28 6.28

27 1 26 27 28 29 6.28

28 1 27 28 29 30 6.28

29 2 24 26 28 30 12.57

30 2 23 25 27 29 12.57

31 2 22 24 26 28 12.57

32 2 21 23 25 27 12.57

33 2 20 22 24 26 12.57

34 2 19 21 23 25 12.57

35 2 18 20 22 24 12.57

36 2 17 19 21 23 12.57

37 2 16 18 20 22 12.57

38 2 15 17 19 21 12.57

39 2 14 16 18 20 12.57

40 2 13 15 17 19 12.57

41 2 12 14 16 18 12.57

42 2 11 13 15 17 12.57

43 2 10 12 14 16 12.57

44 2 9 11 13 15 12.57

45 2 8 10 12 14 12.57

46 2 7 9 11 13 12.57

47 2 6 8 10 12 12.57

48 2 5 7 9 11 12.57

49 2 4 6 8 10 12.57

50 2 3 5 7 9 12.57

KI (mA) V (mV) a (Ohm meter)

TABEL AKUISISI DATA

GEOLISTRIK TAHANAN JENIS 2D

MAPPING WENNER

No. a (m)Arus Potensial Arus

No.Lintasan : Posisi :

Lokasi : Pengamat :

A M N B I1 I2 V1 V2 1 2

51 2 2 4 6 8 12.57

52 2 1 3 5 7 12.57

53 2 0 2 4 6 12.57

54 3 0 3 6 9 18.85

55 3 1 4 7 10 18.85

56 3 2 5 8 11 18.85

57 3 3 6 9 12 18.85

58 3 4 7 10 13 18.85

59 3 5 8 11 14 18.85

60 3 6 9 12 15 18.85

61 3 7 10 13 16 18.85

62 3 8 11 14 17 18.85

63 3 9 12 15 18 18.85

64 3 10 13 16 19 18.85

65 3 11 14 17 20 18.85

66 3 12 15 18 21 18.85

67 3 13 16 19 22 18.85

68 3 14 17 20 23 18.85

69 3 15 18 21 24 18.85

70 3 16 19 22 25 18.85

71 3 17 20 23 26 18.85

72 3 18 21 24 27 18.85

73 3 19 22 25 28 18.85

74 3 20 23 26 29 18.85

75 3 21 24 27 30 18.85

76 4 18 22 26 30 25.13

77 4 17 21 25 29 25.13

78 4 16 20 24 28 25.13

79 4 15 19 23 27 25.13

80 4 14 18 22 26 25.13

81 4 13 17 21 25 25.13

82 4 12 16 20 24 25.13

83 4 11 15 19 23 25.13

84 4 10 14 18 22 25.13

85 4 9 13 17 21 25.13

86 4 8 12 16 20 25.13

87 4 7 11 15 19 25.13

88 4 6 10 14 18 25.13

89 4 5 9 13 17 25.13

90 4 4 8 12 16 25.13

91 4 3 7 11 15 25.13

92 4 2 6 10 14 25.13

93 4 1 5 9 13 25.13

94 4 0 4 8 12 25.13

95 5 0 5 10 15 31.42

96 5 1 6 11 16 31.42

97 5 2 7 12 17 31.42

98 5 3 8 13 18 31.42

99 5 4 9 14 19 31.42

100 5 5 10 15 20 31.42

KI (mA) V (mV) a (Ohm meter)

TABEL AKUISISI DATA

GEOLISTRIK TAHANAN JENIS 2D

MAPPING WENNER

No. a (m)Arus Potensial Arus

Tabel 2. Tabel Akuisisi Pengukuran Geolistrik Tahanan Jenis 2D Konfigurasi Wenner

No.Lintasan : Posisi :

Lokasi : Pengamat :

A M N B I1 I2 V1 V2 1 2

101 5 6 11 16 21 31.42

102 5 7 12 17 22 31.42

103 5 8 13 18 23 31.42

104 5 9 14 19 24 31.42

105 5 10 15 20 25 31.42

106 5 11 16 21 26 31.42

107 5 12 17 22 27 31.42

108 5 13 18 23 28 31.42

109 5 14 19 24 29 31.42

110 5 15 20 25 30 31.42

111 6 12 18 24 30 37.70

112 6 11 17 23 29 37.70

113 6 10 16 22 28 37.70

114 6 9 15 21 27 37.70

115 6 8 14 20 26 37.70

116 6 7 13 19 25 37.70

117 6 6 12 18 24 37.70

118 6 5 11 17 23 37.70

119 6 4 10 16 22 37.70

120 6 3 9 15 21 37.70

121 6 2 8 14 20 37.70

122 6 1 7 13 19 37.70

123 6 0 6 12 18 37.70

124 7 0 7 14 21 43.98

125 7 1 8 15 22 43.98

126 7 2 9 16 23 43.98

127 7 3 10 17 24 43.98

128 7 4 11 18 25 43.98

129 7 5 12 19 26 43.98

130 7 6 13 20 27 43.98

131 7 7 14 21 28 43.98

132 7 8 15 22 29 43.98

133 7 9 16 23 30 43.98

134 8 6 14 22 30 50.27

135 8 5 13 21 29 50.27

136 8 4 12 20 28 50.27

137 8 3 11 19 27 50.27

138 8 2 10 18 26 50.27

139 8 1 9 17 25 50.27

140 8 0 8 16 24 50.27

141 9 0 9 18 27 56.55

142 9 1 10 19 28 56.55

143 9 2 11 20 29 56.55

144 9 3 12 21 30 56.55

KI (mA) V (mV) a (Ohm meter)

TABEL AKUISISI DATA

GEOLISTRIK TAHANAN JENIS 2D

MAPPING WENNER

No. a (m)Arus Potensial Arus