PowerPoint Presentation

GeolistrikIshaqMata Kuliah Topik KhususBIDANG KHUSUS EKSPLORASI SUMBER DAYA BUMIPROGRAM PASCA SARJANA REKAYASA PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKANINSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2015PendahuluanGeolistrik 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 BatuanTerjadi secara alami; disebabkan oleh aktivitas kimia dan mekanik. - Mekanik; pelapukan. - Kimia; bioelectric, korosi, gradien termal dan tekanan.1. Potensial kelistrikanBatuanMateriSifat KelistrikanPotensial kelistrikana. Potensial ElektrokinetikTerjadi apabila larutan memiliki resistivitas listrik dan viskositas yang bekerja pada kapiler atau medium yang berpori.b. Potensial Difusiterjadinya perbedaan variasi ion dalam larutan yang memiliki konsentrasi yang berbeda .c. Potensial NernsTerjadi 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 kelistrikana. 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.

Pengukuran Kelistrikan pada BatuanPengukuran true resistivitas pada core sample skala laboratorium

Ohms LawMetode PengukuranResistivitySelf-PotensialInduce PolarizationDalam 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 Resistivity9Prinsip KerjaMenginjeksikan 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 mineralKebanyakan 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 HomogenGambaran penyebaran arus tunggal dari elektroda aelektroda = VGaris arusGaris potensial

Memungkinkan perhitungan potensi pada setiap titik pada atau di bawah permukaan homogeny setengah -space13Elektroda Arus GandaGambaran penyebaran arus ganda dari elektroda

Permukaan+ V - 2LC2C1GarispotensialGaris aliran arus

14

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 DigunakanKebanyakan 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 DigunakanFrekuensi 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), : 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.KonfigurasiKonfigurasi 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-dipoleDimensi Data Vs Akuisis Data

Konfigurasi23

24

25

27

28

29Interpretasi DataMetode 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.

30Master Curves

Hasil Perhitungan analisa disesuaikan dengan keadaan geologinya

32Contoh 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) 34Dapat mendeteksi deposit logam 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-PotentialAnomali 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)37Pertimbangan Sifat ObjekTubuh bijih harus menjadi konduktor elektronik dengan konduktivitas yang tinggi. Hal ini akan menghilangkan efek mineral yang memiliki konduktivitas yang rendah.

Tubuh bijih harus bersifat elektrik kontinu oksidasi.Sementara kontak permukaan air akan menjadi salah satu yang menguntungkan.38Peralatan 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 PengukuranAda dua cara;Salah satu eletroda tetap, sedangkan yang satu lagi bergerak pada lintasannya.Kedua elektroda bergerak bersamaan secara simultan.

Interpretasi Data SPKebanyakan 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)

47Pada 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 polarisasiTerjadi 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 polarization50(A) Aliran elektrolit dalam saluran terbuka. Polarisasi akibat injeksi arus pada elektroda memblokir saluran

51Pengukuran Domain WaktuMenggunakan 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

53Pengukuran 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 PengukuranPrinsipnya 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; DC diukur pada frekuensi rendah AC diukur pada frekuensi tinggi.Hal-hal yang dapat mempengaruhi nilai PFE adalah ukuranmineral 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 terhadapresistivitas 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 konduktifKonfigurasiUmumnya digunakan konfigurasi (efektif);Dipol-dipol, pole-dipolSchlumberger

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 DesignKelebihan IPBeberapa 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 dataPseudodepth 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 (a), 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 resistivityReferencesTelford, 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.comwww: GoogleTerimakasih