Repo Unhas (1)

29
PENGGUNAAN METODA GEOLISTRIK TAHANAN JENIS DI KAB. PANGKEP OLEH : ASWAR SYAFNUR H221 11 251 MAHASISWA PROGRAM STUDI GEOFISIKA UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR

description

h

Transcript of Repo Unhas (1)

Page 1: Repo Unhas (1)

PENGGUNAAN METODA GEOLISTRIK TAHANAN JENIS DI KAB. PANGKEP

OLEH :

ASWAR SYAFNUR

H221 11 251

MAHASISWA PROGRAM STUDI GEOFISIKA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

Page 2: Repo Unhas (1)

KATA PENGANTAR

Puja dan puji kita haturkan kepada Allah SWT. Sang pencipta langit, bumi dan

seisinya, Tuhan yang maha sempurna dan penguasa ilmu pengetahuan atas segala

rahmat, karunia, rezeki, dan ridho-Nya yang diberikan kepada penulis sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi geofisika.

Penelitian ini telah dilakukan dalam waktu ±6 Bulan yaitu mulai dari bulan Maret

hingga Agustus 2015. Selama mengerjakan penelitian ini penulis menemukan

begitu banyak kendala-kendala namun atas dukungan dan arahan dari berbagai

pihak akhirnya penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik. Oleh sebab

itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. H. Muhammad Altin Massinai, MT.Surv selaku pembimbing

utama penulis yang telah meluangkan banyak waktu untuk memberikan

begitu banyak ide, arahan, bimbingan, dan dukungan serta doa dalam

penyusunan skripsi ini.

2. Bapak Syamsuddin, S.Si., MT. Selaku pembimbing pertama penulis yang

telah meluangkan banyak waktu untuk memberikan begitu banyak ide,

arahan, bimbingan, dandukungan serta doa dalam penyusunan skripsi ini.

3. Bapak Dr. Paharuddin, M.Si., Bapak Drs. Hasanuddin, M.S., Bapak Dr.

Muhammad Hamzah, S.Si., MT. Selaku penguji atas waktu dan segala

masukan yang bermanfaat dalam penyusunan skripsi ini.

4. Seluruh pihak PT. Semen Tonasa terutama kepada bapak Nababan, bapak

Dr. Ir. H. Rego Devila, MM. sebagai Kepala Biro Pembelajaran PT.

Page 3: Repo Unhas (1)

Semen Tonasa, bapak Kepala Departemen Pembangkit Listrik PLTU

Biringkassi PT. Semen Tonasa yang telah membantu jalannya penelitian

Tugas Akhir di PLTU Biringkassi PT. Semen Tonasa.

5. Bapak Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNHAS Dr. Tasrief Surungan, M.Sc

dan Seluruh dosen Jurusan Fisika Fak. MIPA Unhas atas segala ilmu dan

masukan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

6. Seluruh staf Jurusan Fisika terkhusus kepada pak Aji Ambo, pak Latif, pak

Ali, pak Syukur atas segala bantuan kepada penulis sehingga terselesainya

skripsi ini.

7. Seluruh staf Fak. MIPA Unhas

8. Teman-teman seperjuangan, seangkatan fisika 2011 atas segala dukungan,

bantuan dan masukan kepada penulis sehingga skripsi ini dapat

terselesaikan.

9. Keluarga besar KM FMIPA UNHAS, HIMAFI FMIPA UNHAS, SEG SC

UNHAS serta kanda-kanda angkatan 2008, 2009, 2010 dan adik-adik

2012, 2013.

10. Teman-teman 32 Connect yang senantiasa memberikan semangat kepada

penulis.

11. Teman-teman KKN Gelombang 89 Kecamatan Makassar

12. Teman-teman KKN Gelombang 89 Kec. Makassar Kel. Barabaraya Timur

13. Terkhusus untaian terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang

tua tercintai bunda Hj. Nur Syamsuriati, S.Pd., M.Pd dan ayahanda

Page 4: Repo Unhas (1)

Syafaruddin, SH., MH., saudara-saudariku Adhyatma, Ratnawati

Zainuddin, S.Sos., Muhammad Akbar Fajar, dan Amira Afifah atas segala

bantuan materi, dukungan, arahan, dan doa kepada penulis sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa begitu banyak kekurangan pada skripsi ini atas

keterbatasan kemampuan penulis dalam menyusun skripsi ini, sehingga skripsi

ini belum sempurna. Akan tetapi penulis berharap agar skripsi ini dapat

bermanfaat bagi orang lain. Wabillahi Taufik Walhidayah Wassalamu

Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Makassar, Agustus 2015

Aswar Syafnur

Page 5: Repo Unhas (1)

METODA GEOLISTRIK

Dalam eksploitasi sumberdaya alam yang terpendam dalam bumi telah

berkembang berbagai metoda eksplorasi dan macam ilmu yang berhubungan

dengannya. Salah satu di antaranya sangat popular adalah metoda Geofisika

Eksplorasi. Berkembangnya bidang ini berangkat dari keinginan tahuan manusia

untuk menggali dan memanfaatkan sumber kekayaan alam yang terpendam

didalam lapisan-lapisan bumi. Ini disebabkan karena diperkirakan pada lapisan

kerak bumi terakumulasi sejumlah kekayaan alam berbagai sumber kekayaan

alam seperti, minyak dan gas bumi, logam, air tanah dan sumberdaya mineral

lainnya yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Di samping itu studi bumi

bagian permukaan juga tidak kalah pentingnya misalnya geoteknik, tata guna

lahan dan sebagainya. Perencanaan bendungan, jembatan, rel kereta dan bangunan

besar lainnya (Lantu, 2010).

Metoda geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika yang mempelajari sifat

aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan

bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, pengukuran arus dan medan

elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah maupun akibat injeksi arus ke

dalam bumi (Hendrajaya dan Arif, 1990).

Metoda geolistrik mempunyai banyak macam, termasuk di dalamnya adalah

(Hendrajaya dan Arif, 1990) :

Metoda potensial diri Arus telluric

Page 6: Repo Unhas (1)

Magnetotelluric

Elektromagnetik

Induksi polarization (IP)

Metoda resistivitas (tahanan jenis)

Dan lain-lain

Page 7: Repo Unhas (1)

Metoda geolistrik yang digunakan dalam penelitian ini adalah metoda geolistrik

resistivitas (tahanan jenis).

METODA GEOLISTRIK RESISTIVITAS (TAHANAN JENIS)

Metoda resistivitas adalah salah satu metoda geolistrik yang mempelajari sifat

resistivitas/kondutivitas listrik dari lapisan batuan didalam bumi. Sebetulnya

terdapat banyak metoda eksplorasi geofisika yang mempergunakan sifat tahanan

jenis sebagai media/alat untuk mempelajari keadaan geologi bawah permukaan

(Lantu, 2010).

Berdasarkan pada tujuan penyelidikan metoda geolistrik tahanan jenis dapat

dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu (Lantu, 2010) :

1. Metoda Resistivitas Mapping

2. Metoda Resistivitas Sounding

METODA RESISTIVITAS MAPPING

Metoda resistivitas mapping merupakan metoda resistivitas yang bertujuan untuk

mempelajarai variasi tahanan jenis lapisan bawah permukaan secara horisontal.

Oleh karena itu, pada metoda ini dipergunakan konfigurasi elektroda yang sama

untuk semua titik pengamatan di permukaan bumi. Setelah itu baru dinuat kontur

isoresistivitanya (Hendrajaya dan Arif, 1990) .

i

Page 8: Repo Unhas (1)

METODA RESISTIVITAS SOUNDING

Metoda resisitivitas sounding juga biasa dikenal sebagai resistivitas drilling,

resistivitas probing dan lain-lain. Hal ini terjadi karena pada metoda ini bertujuan

untuk mempelajari variasi resisitivitas batuan di bawah permukaan bumi secara

vertikal (Hendrajaya dan Arif, 1990) .

Pada metoda ini, pengukuran pada suatu titik sounding dilakukan dengan jalan

megubah-ubah jarak elektroda. Pengubahan jarak elektroda ini tidak dilakukan

secara sembarang tetapi mulai dari jarak elektroda terkecil kemudian membesar

secara gradual. Jarak elektroda ini sebanding dengan ke dalaman lapisan batuan

yang terdeteksi. Makin besar jarak elektroda tersebut maka makin dalam lapisan

batuan yang dapat diselidiki pada pengukuran sebenarnya pembesaran jarak

elektroda mungkin dilakukan jika dipunyai suatu alat golistrik yang memadai.

Dalam hal ini, alat geolistrik tersebut harus dapat menghasilkan arus listrik yang

cukup besar atau kalau tidak, alat tersebut harus cukup sensitif dalam mendeteksi

beda potensial yang kecil sekali. Oleh karena itu, alat geolistrik yang baik adalah

alat yang dapat menghasilkan arus listrik cukup besar dan mempunyai sensitifitas

yang cukup tinggi (Hendrajaya dan Arif, 1990) .

Terdapat beberapa konfigurasi atau cara menyusun elektroda untuk melakukan

pengukuran bawah permukaan dalam metoda geolistrik, seperti (Pujomiarto,

2014):

1. Konfigurasi Schlumberger

2. Konfigurasi Pole-Pole

3. Konfigurasi Pole-Dipole

ii

Page 9: Repo Unhas (1)

A

∆L

∆V

∆I

4. Konfigurasi Dipole-Dipole

5. Konfigurasi Wenner

POTENSIAL PADA MEDIUM HOMOGEN ISOTROPIK

Tahanan listrik didefinisikan sebagai penampang konduktor dengan luas dan

panjang penampang tertentu seperti pada gambar 2.1. Jika tahanan jenis dari

penampang konduktor yang mempunyai luas A dan panjang L adalah ρ, maka

tahanan R dideskripsikan oleh persamaan (Telford dkk, 1976) :

R= LAρ atau ρ=R

AL

(2.1)

Keterangan :

R = Tahanan (Ω)

ρ = Tahanan jenis/resisitivity (Ωm)

L = Panjang penampang (m)

A = Luas penampang (m2)

Gambar 2.1 Penampang konduktor (Taib, 2004).

Jika hambatan R diberi sebuah tegangan V dikedua ujung dari silinder dan

menghasilkan arus I yang mengalir melalui silinder tersebut, oleh hukum ohm

dinyatakan (Putra, 2014) :

iii

Page 10: Repo Unhas (1)

R=VI

(2.2)

Suatu tahanan jenis dalam SI adalah Ohm-meter (ohm). Sifat merambat arus

listrik lebih banyak memanfaatkan sifat daya hantar jenis listrik yang berbanding

terbalik dengan tahanan jenis, yaitu (Taib, 2004) :

σ=1ρ= JE

(2.3)

σ adalah daya hantar listrik (konduktivitas) yang mempunyai satuan dalam SI

adalah Siemens (S) per meter atau S/M = 1 Ohm -1 m-1, disebut juga 1 Mho/m.

Persamaan di atas berlaku untuk media batas berupa silinder kotak dll, yang rapat

arusnya tetap sedang untuk media bersifat di bumi maka diperlukan suatu

pengertian perluasan dari terminilogi di atas, dengan mengusulkan pengertian

tentang rapat arus (J) sebagai berikut (Taib, 2004) :

J= IA

(2.4)

I dalam Ampere, A adalah luas dalam m2, J dalam Ampere/m2. Arus titik ini

bergerak ke semua arah berupa vektor (Taib, 2004).

Bila persamaan (2.4) disubtitusikan kepada persamaan (2.2) dan persamaan (2.1),

maka akan didapatkan (Taib, 2004) :

J= 1ρVL

=σE (2.5)

Mengingat medan listrik adalah gradien potensial listrik, dengan persamaan

(Putra, 2014) :

E=−∇V (2.6)

Sehingga rapat arus dapat ditulis sebagai berikut (Taib, 2004) :

iv

Page 11: Repo Unhas (1)

J=−σ∇V (2.7)

Jika tidak ada sumber arus atau sumur arus pada suatu volume yang dilingkupi

oleh permukaan A maka ∇ . J=0 sehingga (Putra, 2014) :

∇ . J=−∇ . (σ ∇V )=0

∇ σ .∇V +σ ∇2V=0 (2.8)

Jika nilai σ adalah konstan, maka akan menghasilkan Persamaan Laplace untuk

potensial listrik (Putra, 2014) :

∇2V=0 (2.9)

ELEKTRODA ARUS TUNGGAL DI DALAM BUMI

Potensial V akibat suatu sumber arus tunggal I pada medium homogen dengan ρ

konstan pada seluruh ruang lebih sesuai jika dibahas dalam koordinat bola.

Karena sifat simetri (tidak berotasi dan berevolusi) dari sistem yang ditinjau maka

potensial hanya merupakan fungsi dari jarak r atau V(r) sehingga persamaan

Laplace dalam sistem koordinat bola menjadi (Telford dkk, 1976) :

∇2V=d2Vdr 2 +( 2

r ) dVdr =0→∇2V= 1r2

ddr (r2 dV

dr )=0 (2.10)

Integrasi dua kali berturut-turut terhadap persamaan (2.10) menghasilkan (Telford

dkk, 1976) :

∫r 2 dVdrdr=0→r2 dV

dr=A→ dV

dr= Ar 2 (2.11)

V=∫ A

r2dr=−A

r+B (2.12)

Dimana A dan B adalah konstanta. Dengan menerapkan syarat batas bahwa

potensial pada jarak tak-hingga berharga nol (V=0 , r=∞), maka B = 0. Selain itu

v

Page 12: Repo Unhas (1)

arus mengalir keluar secara radial ke segala arah dari titik elektroda. Sehingga

arus total yang melalui permukaan bola dengan radius r dinyatakan oleh (Telford

dkk, 1976) :

I=4π r2 J=−4 π r2σdVdr

=−4 πσA=−4 πσAρ

(2.13)

Dari persamaan (2.7) dan (2.11) didapatkan :

A=−Iρ4π

(2.14)

Kemudian persamaan (2.14) disubtitusikan ke persamaan (2.12)

V=( Iρ4 π ) 1r

atau ρ=4 πrVI

(2.15)

Berdasarkan persamaan tersebut, permukaan ekuipotensial yaitu permukaan

dengan potensial yang sama, membentuk permukaan bola kosentris dengan titik

pusat terletak disumber arus. Dari titik tersebut arus listrik mengalir ke segala arah

secara homogen dan membentuk lintasan yang tegak lurus terhadap permukaan

ekuipotensial dimana r = konstan, seperti yang diilustrasikan oleh gambar 2.2

(Telford dkk, 1976).

vi

Page 13: Repo Unhas (1)

Gambar 2.2. Sumber arus tunggal C1 dalam medium homogen seluruh ruang, sementara pasangan sumber arus C2 dianggap terletak di tak-hingga (Telford dkk, 1976).

ELEKTRODA ARUS TUNGGAL DI PERMUKAAN BUMI

Jika sumber arus terletak di permukaan medium homogen yang membentuk

medium setengah-ruang/setengah bola dengan setengah-ruang lainnya adalah di

udara (σudara = 0) dengan persamaan (Telford dkk, 1976) :

A=−Iρ2π

(2.16)

Sehingga dari kasus ini didapatkan :

V=( Iρ2π ) 1r

atau ρ=2πrVI

(2.17)

Dimana faktor 4π menjadi 2π sebagai akibat distribusi arus hanya terdapat pada

setengah-ruang. Dalam hal ini distribusi arus dan permukaan ekuipotensial

diperlihatkan pada gambar 2.3 (Telford dkk, 1976).

vii

Page 14: Repo Unhas (1)

Gambar 2.3. Sumber arus tunggal C1 di permukaan homogen setengah-ruang, sementara pasangan sumber arus C2 dianggap terletak di tak-hingga (Telford dkk, 1976).

DUA PASANG ELEKTRODA ARUS DI PERMUKAAN BUMI

Bila dua elektroda memiliki jarak tertentu seperti pada gambar 2.4, potensial pada

titik dipermukaan yang letaknya antara dua elektroda arus, potensial pada setiap

titik di permukan akan dipengaruhi oleh kedua elektroda arus (Telford dkk, 1976).

Gambar 2.4. Dua elektroda arus dan dua elektroda potensial di permukaan bumi yang homogen (Telford dkk, 1976)

Perubahan potensial sangat drastis pada daerah dekat sumber arus. Dimana

gradien yang berada di luar C1 dan C2 yang menjauh dari linier memiliki gradien

potensial yang besar, sedangkan pada daerah C1 dan C2 gradien potensial kecil dan

mendekati linier. Dari alas an ini, pengukuran potensial paling baik dilakukan

pada daerah antara C1 dan C2 yang memiliki gradien potensial linier. Untuk

menentukan perbedaan potensial antara dua titik yang ditimbulkan oleh sumber

arus listrik C1 dan C2, maka dua elektroda potensial misalnya P1 dan P2

ditempatkan di dekat sumber seperti yang diilustrasikan oleh gambar 2.5 (Telford

dkk, 1976).

viii

Page 15: Repo Unhas (1)

Gambar 2.5. Distrosi garis ekuipotensial dan garis aliran arus pada dua titik sumber arus. (a) Denah; (b) Penampang vertikal di permukaan tanah (Telford dkk, 1976).

Potensial di titik P1 yang ditimbulakn arus C1 dan C2 adalah (Telford dkk, 1976) :

V 1=Iρ2π ( 1

r1

−1r2

) (2.18)

Dan di P2 potensial yang timbul adalah (Telford dkk, 1976) :

V 2=Iρ2π ( 1

r3

−1r4

) (2.19)

Sehingga beda potensial antara titik P1 dan P2 adalah (Telford dkk, 1976) :

∆V= Iρ2 π {( 1

r1

− 1r2 )−( 1

r3

− 1r 4 )} (2.20)

ρa=∆VI ( 1

1r1

−1r 2

−1r3

+1r 4

) (2.21)

ix

Page 16: Repo Unhas (1)

A M N BV

A

Dimana r1,r2,r3 dan r4 adalah besaran jarak, seperti yang ditampilkan pada gambar

2.4 (Telford dkk, 1976).

FAKTOR GEOMETRI

Eksplorasi Tahanan Jenis memerlukan suatu aturan elektroda yang posisi tiap titik

pengamatan M-N terhadap sumber arus A-B berbeda-beda. Pada umumnya

eksplorasi tahanan jenis menggunakan rentang elektroda sepanjang garis lurus.

Perbedaan letak M-N dari A-B akan mempengaruhi besar medan listrik yang akan

diukur besaran faktor terhadap perbedaan letak titik pengamatan tersebut disebut

faktor geometri. Untuk memudahkan perhitungan tiap aturan elektroda dengan

harga faktor geometri adalah tetap. Potensial elektroda V(M) dan V(N) adalah (Taib,

2004) :

Gambar 2.6. Susunan dua buah elektroda arus dan dua buah elektroda potensial (Taib, 2004).

V (M )=ρI2 π ( 1

AM− 1BM )

(2.22)

V (M )=ρI2 π ( 1

AN− 1BN ) (2.23)

∆V=V (M )−V (N )=ρI2π ( 1

AM− 1BM

− 1AN

+ 1BN ) (2.24)

x

Page 17: Repo Unhas (1)

Sedangkan tahanan jenis semu adalah :

ρa=∆VI

( 1AM

− 1BM

− 1AN

+ 1BN )

(2.25)

K= 2π

( 1AM

− 1BM

− 1AN

+ 1BN )

(2.26)

Karena faktor geometri (K) tetap untuk tiap aturan elektroda maka K merupakan

unsur penting dalam eksplorasi Geolistrik baik pendugaan vertikal maupun

pendugaan horisontal (Taib, 2004).

Dengan demikian tahanan jenis semu merupakan perkalian antara K dengan ∆V∆ I

yang berbeda-beda (Taib, 2004).

ρa=K∆VI

(2.27)

KONFIGURASI ELEKTRODA

Pada metoda geolistrik tahanan jenis, arus listrik dialirkan ke dalam bumi melalui

dua elektroda arus. Kemudian, besarnya potensial yang disebabkannya diukur di

permukaan bumi melalui dua buah elektroda potensial. Besarnya beda potensial di

antara kedua elektroda potensial tersebut selain bergantung pada besarnya arus

yang dialirkan kedalam bumi, juga bergantung pada letak kedua elektroda arus

yang dipakai (Hendrajaya dan Arif, 1990) .

xi

Page 18: Repo Unhas (1)

Terdapat berbagai macam konfigurasi elektroda pada metoda geolistrik yang

memiliki fakor geometri yang berbeda-beda. Adapun konfigurasi elektroda yang

paling sering digunakan ialah :

1. Konfigurasi Schlumberger

Adapun faktor geometri dari konfigurasi Schlumberger adalah (Wahyuni dkk,

2014) :

K s=π(L2−l2 )

2l(2.28)

2. Konfigurasi Pole-Pole

Adapun faktor geometri dari konfigurasi Pole-pole adalah (Prabowo dkk, 2006) :

K=2πn (2.29)

3. Konfigurasi Pole-Dipole

Adapun faktor geometri dari konfigurasi Pole-dipole adalah (Prabowo dkk, 2006):

K=2π ( n (n+a )a ) (2.30)

4. Konfigurasi Dipole-Dipole

Adapun faktor geometri dari konfigurasi Dipole-dipole adalah (Andriyani dkk,

2010) :

Kdd=πan (1+n ) (2+n ) (2.31)

xii

Page 19: Repo Unhas (1)

I

V

a a a

2a

2a

A M N B

5. Konfigurasi Wenner

Konfigurasi Wenner ialah salah satu jenis konfigurasi elektroda pada metoda

geolistrik yang paling sering digunakan dalam eksplorasi geolistrik. Konfigurasi

Wenner memiliki susunan jarak antar elektroda sama panjang yaitu sejauh a

dengan elektroda potensial P1P2 berada di tengah-tengah antara C1 dan C2, seperti

yang diperlihatkan pada gambar 2.7. Ada beberapa jenis dari konfigurasi

elektroda Wenner, seperti konfigrasi Wenner Alpha, konfigurasi Wenner Beta dan

konfigurasi Wenner Gamma.

Gambar 2.7. Susunan jarak antar elektroda konfigurasi Wenner Alpha

(Milsom, 2003 dalam Putra, 2014).

Faktor geometri untuk konfigurasi Wenner Alpha adalah yang terkecil jika

dibandingkan dengan faktor geometri konfigurasi yang lainnya, yaitu sebesar 2πa.

Karena konfigurasi Wenner Alpha mempunyai kuat sinyal yang paling besar,

maka konfigurasi ini tidak terpengaruh walaupun survei dilakukan di daerah

dengan kebisingan (noise) yang tinggi. Salah satu kelemahan dari survei Wenner

Alpha 2D ini kurang bagus untuk cakupan horisontal, jika spasi elektroda

diperbesar. Ini akan menjadi permasalahan jika digunakan pada system

xiii

Page 20: Repo Unhas (1)

pengukuran dengan jumlah elektroda yang sedikit (Loke, 2004 dalam Putra,

2014).

Adapun faktor geometri Wenner sebesar (Loke, 2004 dalam Putra, 2014) :

∆V=∆V M−∆V N (2.32)

∆V=ρI

2 π (( 1a−

12a )−( 1

2a−

1a )) (2.33)

ρ=∆VI

2π1a−

12a

−1

2a+

1a

(2.34)

ρ=∆VI

2 π1a

(2.35)

ρ=∆VI

a−1 (2.36)

ρ=∆VI

2πa (2.37)

ρ=∆VIK (2.38)

K=2πa (2.39)

xiv