Repo Unhas (1)
description
Transcript of Repo Unhas (1)
PENGGUNAAN METODA GEOLISTRIK TAHANAN JENIS DI KAB. PANGKEP
OLEH :
ASWAR SYAFNUR
H221 11 251
MAHASISWA PROGRAM STUDI GEOFISIKA
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
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.
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
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
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
Magnetotelluric
Elektromagnetik
Induksi polarization (IP)
Metoda resistivitas (tahanan jenis)
Dan lain-lain
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Sedangkan tahanan jenis semu adalah :
ρa=∆VI
2π
( 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
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
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
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
2π
a−1 (2.36)
ρ=∆VI
2πa (2.37)
ρ=∆VIK (2.38)
K=2πa (2.39)
xiv