METODE IP (INDUCED POLARIZATION) SEBAGAI SALAH SATU METODE EKSPLORASI GEOFISIKA DAN CONTOH APLIKASINYA

Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Survey ElektromagnetikDosen Pengampu : Dr. Wahyudi

Disusun oleh:Heru Bagus Hermawan (12/339650/PPA/03985)

PROGRAM STUDI S2 ILMU FISIKA BIDANG MINAT GEOFISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS GADJAH MADAYOGYAKARTA2013

i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISIiDAFTAR GAMBARiiBAB I. PENDAHULUAN1A. Latar Belakang1B. Ruang Lingkup2C. Tujuan2BAB II. PEMBAHASAN3A. Dasar Teori3B. Pengumpulan Data Lapangan11C. Alat-alat Survey13D. Interpretasi Data15E. Studi Kasus19BAB III. PENUTUP20A. Simpulan20B. Saran20DAFTAR PUSTAKA21LAMPIRAN22

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Kurva Efek PolarisasiGambar 2. Polarisasi MembranGambar 3. Polarisasi ElektrodaGambar 4. Rangkaian Ekivalen MediumGambar 5. Konfigurasi Diferensial SchlumbergerGambar 6. Konfigurasi Dipole-DipoleGambar 7. Grafik hasil IP (a) Perbandingan Time-Domain IP dengan Frequency-Domain IPGambar 7. Grafik hasil IP (b) Fequency-Domain IP sulfida masivGambar 8. Kontur Time-Domain dan Frequency-Domain IPGambar 9. Plot IP Pseudodepth Variabel Frekuensi (a) Konstruksi Grafis untuk Lokasi Titik DataGambar 9. Plot IP Pseudodepth Variabel Frekuensi (b) Plot Pseudodepth untuk Data pada Gambar 7bGambar 10. Contoh Model Dike Vertikal dan Dipping Dike

BAB IPENDAHULUAN

A. Latar BelakangEksplorasiadalah penyelidikan geologi yang dilakukan untuk mengidentifikasi, menentukan lokasi, ukuran, bentuk, letak, sebaran, kuantitas, dan kualitas suatu endapan bahan galian untuk kemudian dapat dilakukan analisis/kajian kemungkinan dilakukannya penambangan. Tujuan utama dari kegiatan eksplorasi geofisika adalah untuk membuatmodelbawah permukaanbumi dengan mengandalkan data lapangan yang diukur bisa pada permukaan bumi, di bawah permukaan bumi atau bisa juga di atas permukaan bumi dari ketinggian tertentu. Untuk mencapai tujuan ini, idealnya kegiatan survey atau pengukuran harus dilakukan secaraterus-menerus, berkelanjutan, dan terintegrasi menggunakan sejumlah ragam metode geofisika.Dalam skala yang berbeda, metode geofisika dapat diterapkan secara global yaitu untuk menentukan struktur bumi, secara lokal yaitu untuk eksplorasi mineral dan pertambangan termasuk minyak bumi dan dalam skala kecil yaitu untuk aplikasi geoteknik (penentuan pondasi bangunan dan lain-lain).Beberapa metode geofisika yang sering digunakan dilapangan untuk keperluan eksplorasi diantaranya adalah:1) Metode Gravity2) Metode MT (Magnetotellurik)3) Metode Resistivity4) Metode Magnetik5) Metode IP (Induced Polarization)6) Metode SP (Self Potential)7) Metode Seismik8) Metode GPS

B. Ruang LingkupMateri tentang metode eksplorasi sangat luas, oleh karena itu ruang lingkup materi yang akan disajikan dalam makalah ini adalah mengenai metode IP (Induced Polarization) sebagai salah satu metode eksplorasi geofisika dan contoh aplikasinya.

C. TujuanTujuan dari makalah ini adalah:1) Mengetahui informasi mengenai metode IP (Induced Polarization), terkait prinsip kerja, manfaat dan metodologinya2) Mengetahui contoh aplikasi metode IP (Induced Polarization)

BAB IIPEMBAHASAN

A. Dasar TeoriMetode polarisasi terinduksi (Induced Polarization / IP) adalah metode yang masih relatif baru dibandingkan metode lainnya dan sedang berkembang pesat terutama dalam bidang pertambangan yaitu eksplorasi mineral ekonomis dan geofisika lingkungan. Metode IP sendirimerupakan bagian dari metode geolistrik yang menggunakan sumber buatan. Metode IP pada dasarnya adalah merupakan pengembangan dari metode geolistrik resistivity dan metode IP terbukti mampu menutupi kelemahan-kelemahan metode resistivity pada berbagai kasus. Oleh karena metode IP merupakan pengembangan dari metode resistivity maka teknis dan cara pengambilan data atau pengukuran dilapangan tidak jauh berbeda. Metode IP sesuai dengan namanya mengukur adanya polarisasi di dalam medium karena pengaruh arus listrik yang melewatinya. Polarisasi umumnya banyak terjadi pada medium yang memiliki kandungan mineral logam (misalnya senyawa sulfida logam). Sehingga metode IP lebih banyak dan lebih tepat digunakan untuk eksplorasi mineral logam.Bila dalam medium banyak terjadi polarisasi karena pengaruh arus yang dilewatkan padanya, maka beda potensial terukur pada elektroda potensial tersebut tidak segera menjadi nol pada saat arus dimatikan, melainkan timbul potential decay yang akan menjadi nol dalam waktu beberapa detik atau sampai menit. Peristiwa ini bukan disebabkan oleh induksi elektromagnetik (karena induksi elektromagnetik akan hilang hanya dalam beberapa mikrodetik), tetapi disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadi pada daerah yang banyak mengandung senyawa logam.Efek polarisasi terinduksi merupakan elemen dasar yang terjadi pada metode IP, dimana gejala polarisasi terinduksi dapat diilustrasikansebagai berikut, jika suatu pengukuran tahanan jenis dengan konfigiurasi empat elektroda (standar), dimana pada elektroda arus (C1 dan C2) dialiri arus searah (DC) maka pada elektroda potensial (P1 dan P2) akan terukur beda potensial (V). Ketika aliran arus pada elektroda (C1 dan C2) dimatikan, pada waktu t0 maka nilai beda potensial tidak langsung kembali menjadi nol, melainkan secara perlahan mengalami penurunan beda potensial menuju nol. Grafik yang menggambarkan efek polarisasi terinduksi dapat dilihat pada gambar.

Gambar 1. Kurva Efek Polarisasi

Apabila arus listrik dialirkan ke dalam medium, maka terjadi penyimpanan energi di dalam medium dalam bentuk energi mekanik, energi listrik atau energi kimia. Hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa penyimpanan energi dalam bentuk energi kimia adalah hal yang paling penting dalam metode polarisasi. Pada saat arus listrik diputus maka energi yang tersimpan dalam medium akan dilepaskan kembali dalam bentuk energi listrik yang dalam metode IP terukur sebagai potential decay V(t).Energi yang tersimpan dalam medium mengakibatkan variasi mobilitas ion dalam larutan yang mengisi pori-pori batuan, atau variasi daya hantar listrik ionik dan elektronik bila dalam batuan terdapat mineral logam. Efek polarisasi yang pertama disebut polarisasi membran, sedang yang kedua disebut polarisasi elektroda atau overvoltage.

Polarisasi MembranPolarisasi membran banyak terjadi pada batuan yang pori-porinya terisi dengan elektrolit dimana pori-pori tersebut juga terdapat mineral lempung. Mineral lempung umumnya bermuatan negatif, sehingga disekitarnya akan terkumpul ion-ion positif. Pada saat batuan dialiri arus listrik ion-ion akan bergerak, ion positif kearah katoda dan ion negatif kearah anoda. Adanya ion negatif dari lempung yang tidak dapat bergerak menyebabkan gerakan ion-ion tertahan, setelah arus diputus ion-ion akan kembali ke posisi seimbang memerlukan waktu beberapa detik.

Gambar 2. Polarisasi Membran

Sering kali polarisasi membran terjadi kontak permukaan mineral lempung bermuatan negatif akan menarik ion-ion positif sehingga membentuk awan ion positif disekitar permukaan mineral lempung dan meluas pada larutan. Jika pada kondisi ini kemudian dialiri arus listrik, maka akan terjadi penumpukan ion positif dan negatif di dekat permukaan mineral. Terbentuknya membran-membran tersebut akan mengurangi kemampuan mobilitas ion-ion secara signifikan.

Polarisasi Elektroda atau OvervoltagePolarisasi 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 elektrolit.Bila dalam pori-pori batuan terdapat mineral logam dan elektrolit, maka pada bidang batas antara mineral logam dan elektrolit terjadi susunan muatan yang berlawanan membentuk suatu susunan kapasitor yang disebut dengan lapisan kembar listrik (electrical double layer). Pada saat batuan dialiri arus listrik ion-ion akan bergerak dan sebagian tertahan oleh adanya mineral logam. Pada bidang batas antara mineral logam dan larutannya akan terjadi reaksi-reaksi kimia yang menimbulkan potensial ekstra yang disebut dengan overvoltage. Besarnya overvoltage dipengaruhi oleh besarnya arus dan lama arus yang melewatinya, overvoltage dapat bernilai positif atau negatif. Pada saat arus melewati butir-butir mineral logam, maka mineral akan terpolarisasi, karena efek elektrokimia maka satu sisi menjadi kutub positif sedang sisi lain menjadi kutub negatif, seperti dua buah elektroda, maka polarisasi ini disebut juga sebagai polarisasi elektroda. Overvoltage akan hilang secara perlahan-lahan pada saat arus dimatikan, sehingga menimbulkan potential decay yang terukur pada elektroda potensial.

Gambar 3. Polarisasi Elektroda

Lapisan kembar listrik didefinisikan sebagai susunan muatan antar bidang batas mineral logam dengan air pada medium batuan. Susunan muatan ini dapat dianggap sebagai suatu kapasitor lempeng dengan rapat muatan .

Pengukuran dengan metode IP dilakukan dalam dua cara yaitu Time Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan menghitung harga potential decay; dan Frequency Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan mengukur harga resistivitas sebagai fungsi frekuensi arus yang dimasukkan ke dalam medium.

Time Domain IP (Polarisasi Terinduksi Kawasan Waktu)Arus listrik searah dimasukkan ke dalam medium melalui dua buah elektroda arus, kemudian diukur beda potensial pada dua elektroda potensialnya, selama arus masih mengalir dicatat beda potensial Vp. Arus listrik dialirkan selama beberapa detik untuk menimbulkan polarisasi dalam medium. Setelah arus dimatikan, pada elektroda potensial terukur adanya potential decay V(t). Arus listrik dialirkan pada arah yang berlawanan, setelah arus dimatikan akan terjadi juga potential decay V(t), jadi dalam pengukuran selalu dilakukan urutan pemberian arus listrik positif (+), mati (nol) dan negatif (-).Parameter yang dihitung: Chargeability

IP efek (%)

Frequency Domain IP (Polarisasi Terinduksi Kawasan Frekuensi)Proses elektrokimia berlangsung lambat, sehingga bila arus bolak-balik dimasukkan kedalam medium yang polarisabel (banyak terjadi polarisasi), maka pada saat arus dengan frekuensi rendah dimasukkan ke dalam medium harga Vp terukur tinggi yang mencerminkan harga resistivitas tinggi, karena pemberian arus yang lama menimbulkan polarisasi yang besar. Sebaliknya polarisasi belum terjadi bila pemberian arus listrik searah hanya sebentar kemudian dibalik arahnya, atau dengan kata lain pemberian arus bolak-balik dengan frekuensi tinggi menyebabkan harga Vp yang terukur lebih rendah sehingga mencerminkan harga resistivitas pada frekuensi tinggi lebih rendah.Parameter yang diukur (dihitung): Percent Frequency Effect (PFE)

l = resistivitas yang terukur dengan frekuensi rendahh = resistivitas yang terukur dengan frekuensi tinggi Metal Factor

Rangkaian Listrik Ekivalen MediumUntuk menggambarkan watak medium yang polarisabel, sering diadakan pendekatan medium dengan rangkaian listrik yang terdiri dari resistansi, kapasitansi dan suatu komponen yang mempunyai harga resistansi sebagai fungsi frekuensi (impedansi). Rangkaian pada gambar berikut menunjukkan rangkaian ekivalen untuk polarisasi membran.

Gambar 4. Rangkaian Ekivalen Medium

Rangkaian ini terdiri dari resistansi ionik Rion, terpasang seri dengan resistansi ionik pada daerah membran Rion.p yang terpasang secara paralel dengan resistansi membran yang dituliskan dengan Warburg impedance Rw. Sebagai contoh pada batuan pasir yang mengandung lempung (clay bearing sandstone) mempunyai harga tipikal:Rion = 1000 ohm; Rion.p = 200 ohm; Rangkaian ekivalen untuk elektroda lebih rumit, karena adanya komponen Cf yang menyatakan kapasitansi pada lapisan kembar listrik, Rm adalah resistansi daerah mineral, R adalah resistansi yang berhubungan dengan reaksi kimia pada bidang batas mineral dan larutan, Rw adalah Warburg impedance yang harganya berbanding terbalik terhadap akar frekuensi. Pada umumnya harga Rw dinyatakan sebagai:

Parameter Cole-ColeBila dipandang medium yang polarisabel sebagai suatu material dengan impedansi (resistansi yang besarnya tergantung pada frekuensi) maka analisis dengan menggunakan persamaan dispersi Cole-Cole dapat dipakai untuk menjelaskan peran harga chargeability dan time-constant dalam hubungannya dengan sifat mineral logam.Persamaan dispersi Cole-Cole:

R0 = resistansi batuan pada frekuensi rendahM = chargeabilityc = eksponen dari frekuensi = 2f (f adalah frekuensi) = time-constantDari pengukuran di laboratorium harga c berkisar antara 0,1 sampai 0,5. Dengan harga 0,25 adalah yang paling banyak diperoleh. Sedangkan IP efek berkisar antara 0 sampai 1000 mV/V. Dalam praktek jarang dijumpai yang melebihi 500mV/V. Harga time-constant berkisar antara 1 milidetik sampai 10.000 detik. Alat receiver IP langsung menghitung parameter Cole-Cole dengan cara pencocokan dengan master decay curves yang dihitung secara teoritis untuk bermacam-macam harga c dan time-constant.Dalam praktek harga c memberikan informasi tentang distribusi grain-size dari partikel mineral logam sebagai sumber anomali IP. Harga maksimum c = 0,5 menunjukkan distribusi grain-size yang tunggal, sedang bila tidak tunggal harga c berkisar antara 0,25 sampai dengan 0,35. Harga parameter M, menunjukkan tingkat polarisabilitas mineral, makin tinggi konsentrasi mineral yang polarisabel makin tinggi pula harga M.Banyak bukti yang menunjukkan bahwa harga time-constant berhubungan langsung dengan grain-size dari mineralisasi sebagai sumber dari efek IP. Harga time-constant yang kecil menunjukkan bahwa butir (grain-size) dari mineral adalah halus, sebaliknya ukuran butir yang kasar ditunjukkan oleh harga time-constant yang besar.

B. Pengumpulan Data LapanganElektrodaDalam survey IP selalu dipakai elektroda porouspot sebagai elektroda potensialnya, dimaksudkan untuk mengurangi polarisasi pada elektrodanya sendiri. Sedangkan elektroda arus tetap menggunakan elektroda baja anti karat (stainless steel).

Konfigurasi ElektrodaSurvei IP biasanya menggunakan susunan elektroda Diferensial Schlumberger untuk pemetaan kearah lateral. Elektroda arus dipasang pada daerah survey pada jarak 2L, sedangkan elektroda potensial diletakkan diantara elektroda arus pada satu garis dengan jarak 2l, dimana 2l