Metode Geolistrik Tahanan Jenis

A. Pengertian Metode Geolistrik Tahanan Jenis

Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari kelompok metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah permukaan bumi.

Metode resistivitas umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300 – 500 m. Prinsip dalam metode ini yaitu arus listrik diinjeksikan ke alam bumi melalui dua elektrode arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektrode potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial listrik dapat diperoleh variasi harga resistivitas listrik pada lapisan di bawah titik ukur.

B. Teori Dasar Metode Geolistrik Tahanan Jenis

Teori utama dalam metoda resistivity sesuai dengan hokum Ohm yaitu arus yang mengalir (I) pada suatu medium sebanding dengan voltage (V) yang terukur dan berbanding terbalik dengan resistansi (R) médium, atau dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dimana R (Resistansi) sebanding dengan panjang medium yang dialiri (x), dan berbanding terbalik dengan luas bidang (A), yang sesuai dengan rumus :

Untuk mendapatkan pengukuran resistivity yang menghasilkan harga resistivitas semu ρ_app (apparent resistivity) dirumuskan oleh :

Dalam pelaksanaan survey dikenal beberapa metoda pengambilan data sesuai dengan peletakan eloktroda yang dilakukan. Hal ini berpengaruh terhadap faktor geometri peneletian resistivity yang kita lakukan.

C. Akuisisi Data pada Metode Geolistrik Tahanan Jenis

1.      Peralatan yang dibutuhkan :

A.    Sepasang elektroda arus dan elektroda potensial

B.     Accu (biasanya 12 v, 1 A)

C.     Peralatan elektronik pengukuran (ares dan supersting R8/R1)

GAMBAR 3.1 ARES

2.      Tennik Pengukuran :

A.  Sounding : untuk informasi bawah permukaan secara vertikal (model bumi berlapis)

B.  Profilling : untuk informasi bawah permukaan secara mendatar (variasi lateral)

C.  Offset Sounding : untuk informasi bawah permukaan profil sounding yang kontinyu secara lateral

3.      Tahapan akusisi :

A.    Tentukan konfigurasi elektroda yang ingin dipakai

B.     Pasang elektroda sesuai dengan konfigurasi yang dipilih

C.     Ukur besar resistivity semunya

D.    Catat hal-hal penting : posisi dan elevasi elektroda, arus dan potensial yang digunakan tiap pengukuran, resistivity semu yang didapat di alat, kondisi geologi dilapangan secara umum

E.     Plot pada kurva bi-log antara jarak AB/2 vs resistivity semu yang didapat

D.. Konfigurasi-Konfigurasi dalam Metode Geolistrik Tahanan Jenis

Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang ke 4 buah elektrodanya terletak dalam satu garis lurus dengan posisi elektroda AB dan MN yang simetris terhadap titik pusat pada kedua sisi yaitu konfigurasi Wenner dan Schlumberger. Setiap konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk mengetahui nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan di bawah permukaan. Metoda geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit yang banyak digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan dengan biaya survei yang relatif murah.

Umumnya lapisan batuan tidak mempunyai sifat homogen sempurna, seperti yang dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik. Untuk posisi lapisan batuan yang terletak dekat dengan permukaan tanah akan sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran tegangan dan ini akan membuat data geolistrik menjadi menyimpang dari nilai sebenarnya. Yang dapat mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah fragmen batuan lain yang menyisip pada lapisan, faktor ketidakseragaman dari pelapukan batuan induk, material yang terkandung pada jalan, genangan air setempat, perpipaan dari bahan logam yang bisa menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ke tanah dsbnya.

‘Spontaneous Potential’ yaitu tegangan listrik alami yang umumnya terdapat pada lapisan batuan disebabkan oleh adanya larutan penghantar yang secara kimiawi menimbulkan perbedaan tegangan pada mineral-mineral dari lapisan batuan yang berbeda juga akan menyebabkan ketidak-homogenan lapisan batuan. Perbedaan tegangan listrik ini umumnya relatif kecil, tetapi bila digunakan konfigurasi Schlumberger dengan jarak elektroda AB yang panjang dan jarak MN yang relatif pendek, maka ada kemungkinan tegangan listrik alami tersebut ikut menyumbang pada hasil pengukuran tegangan listrik pada elektroda MN, sehingga data yang terukur menjadi kurang benar.

Untuk mengatasi adanya tegangan listrik alami ini hendaknya sebelum dilakukan pengaliran arus listrik, multimeter diset pada tegangan listrik alami tersebut dan kedudukan awal dari multimeter dibuat menjadi nol. Dengan demikian alat ukur multimeter akan menunjukkan tegangan listrik yang benar-benar diakibatkan oleh pengiriman arus pada elektroda AB. Multimeter yang mempunyai fasilitas seperti ini hanya terdapat pada multimeter dengan akurasi tinggi. 

1.      Konfigurasi Wenner

GAMBAR 3.2 KONFIGURASI WENNER

Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian pembacaan tegangan pada elektroda MN lebih baik dengan angka yang relatif besar karena elektroda MN yang relatif dekat dengan elektroda AB. Disini bisa digunakan alat ukur multimeter dengan impedansi yang relatif lebih kecil.

Sedangkan kelemahannya adalah tidak bisa mendeteksi homogenitas batuan di dekat permukaan yang bisa berpengaruh terhadap hasil perhitungan. Data yang didapat dari cara konfigurasi Wenner, sangat sulit untuk menghilangkan factor non homogenitas batuan, sehingga hasil perhitungan menjadi kurang akurat.

2.      Konfigurasi Schlumberger

Pada konfigurasi Schlumberger idealnya jarak MN dibuat sekecil-kecilnya, sehingga jarak MN secara teoritis tidak berubah. Tetapi karena keterbatasan kepekaan alat ukur, maka ketika jarak AB sudah relatif besar maka jarak MN hendaknya dirubah. Perubahan jarak MN hendaknya tidak lebih besar dari 1/5 jarak AB.

GAMBAR 3.3 KONFIGURASI SCHLUMBERGER

Kelemahan dari konfigurasi Schlumberger ini adalah pembacaan tegangan pada elektroda MN adalah lebih kecil terutama ketika jarak AB yang relatif jauh, sehingga diperlukan alat ukur multimeter yang mempunyai karakteristik ‘high impedance’ dengan akurasi tinggi yaitu yang bisa mendisplay tegangan minimal 4 digit atau 2 digit di belakang koma. Atau dengan cara lain diperlukan peralatan pengirim arus yang mempunyai tegangan listrik DC yang sangat tinggi.

Sedangkan keunggulan konfigurasi Schlumberger ini adalah kemampuan untuk mendeteksi adanya non-homogenitas lapisan batuan pada permukaan, yaitu dengan membandingkan nilai resistivitas semu ketika terjadi perubahan jarak elektroda MN/2.

Agar pembacaan tegangan pada elektroda MN bisa dipercaya, maka ketika jarak AB relatif besar hendaknya jarak elektroda MN juga diperbesar. Pertimbangan perubahan jarak elektroda MN terhadap jarak elektroda AB yaitu ketika pembacaan tegangan listrik pada multimeter sudah demikian kecil, misalnya 1.0 milliVolt.

Umumnya perubahan jarak MN bisa dilakukan bila telah tercapai perbandingan antara jarak MN berbanding jarak AB = 1 : 20. Perbandingan yang lebih kecil misalnya 1 : 50 bisa dilakukan bila mempunyai alat utama pengirim arus yang mempunyai keluaran tegangan listrik DC sangat besar, katakanlah 1000 Volt atau lebih, sehingga beda tegangan yang terukur pada elektroda MN tidak lebih kecil dari 1.0 milliVolt.

Parameter yang diukur :

1.      Jarak antara stasiun dengan elektroda-elektroda (AB/2 dan MN/2)

2.      Arus (I)

3.      Beda Potensial (∆ V)

Parameter yang dihitung :

1.  Tahanan jenis (R)

2.  Faktor geometrik (K)

3.  Tahanan jenis semu (ρ )

Cara intepretasi Schlumberger adalah dengan metode penyamaan kuva (kurva matching). Ada 3 (tiga) macam kurva yang perlu diperhatikan dalam intepretasi Schlumberger dengan metode penyamaan kurva, yaitu :

1.       Kurva Baku

2.       Kurva Bantu, terdiri dari tipe H, A, K dan Q

3.       Kurva Lapangan

Untuk mengetahui jenis kurva bantu yang akan dipakai, perlu diketahui bentuk umum masing-masing kurva lapangannya.

1.         Kurva bantu H, menunjukan harga ρ minimum dan adanya variasi 3 lapisan dengan ρ₁ > ρ₂ < ρ₃.

2.         Kurva bantu A, menunjukkan pertambahan harga ρ dan variasi lapisan dengan ρ₁ < ρ₂ < ρ_3.

3.         Kurva bantu, K menunjukan harga ρ maksimum dan variasi lapisan dengan ρ₁ < ρ₂ > ρ₃.

4.         Kurva bantu Q, menunjukan penurunan harga ρ yang seragam : ρ₁ > ρ₂ > ρ₃

GAMBAR 3.4 KURVA-KURVA BANTU DALAM METODE PENYAMAAN KURVA SCHLUMBERGER

3.      Konfigurasi Dipole-dipole

Selain konfigurasi Wenner dan Wenner-Schlumberger, konfigurasi yang dapat digunakan adalah Pole-pole, Pole-dipole dan Dipole-dipole. Pada konfigurasi Pole-pole, hanya digunakan satu elektrode untuk arus dan satu elektrode untuk potensial. Sedangkan elektrode yang lain ditempatkan pada sekitar lokasi penelitian dengan jarak minimum 20 kali spasi terpanjang C1-P1 terhadap lintasan pengukuran. Sedangkan untuk konfigurasi Pole-dipole digunakan satu elektrode arus dan dua elektrode potensial. Untuk elektrode arus C2 ditempatkan pada sekitar lokasi penelitian dengan jarak minimum 5 kali spasi terpanjang C1-P1. Sehingga untuk penelitian skala laboratorium yang mungkin digunakan adalah konfigurasi Dipole-dipole.

Pada konfigurasi Dipole-dipole, dua elektrode arus dan dua elektrode potensial ditempatkan terpisah dengan jarak na, sedangkan spasi masing-masing elektrode a. Pengukuran dilakukan dengan memindahkan elektrode potensial pada suatu penampang dengan elektrode arus tetap, kemudian pemindahan elektrode arus pada spasi n berikutnya diikuti oleh pemindahan elektrode potensial sepanjang lintasan seterusnya hingga pengukuran elektrode arus pada titik terakhir di lintasan itu.

GAMBAR 3.5 KONFIGURASI DIPOLE-DIPOLE

Metode Geolistrik

A.  Pengertian Geolistrik

Geolistrik adalah suatu metoda eksplorasi geofisika untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan  dengan menggunakan sifat-sifat kelistrikan batuan. Sifat-sifat kelistrikan tersebut adalah, antara lain. tahanan jenis (specific resistivity, conductivity, dielectrical  constant, kemampuan menimbulkan self potential dan medan induksi serta sifat menyimpan potensial dan lain-lain.

Metoda geolistrik menempati tempat yang unik pada klasifikasi geolistrik. Metoda - metoda ekpslorasi geolistrik sangat beragam, ada metoda yang dapat dimasukkan dalam kategori dinamis, akan tetapi ada juga yang dapat dimasukkan kedalam kategori statis. Salah satu keunikan lain dari metoda geolistrik adalah terpecah-pecaah menjadi bermacam-macam  mazhab (aliran atau school) yang berbeda satu dengan yang lain.

Pendugaan geolistrik dilakukan dengan menghantarkan arus listrik (beda I) buatan kedalam tanah melalui batang elektroda arus , kemudian mengukur beda potensial (beda V) pada elektroda lain. Hasil pencatatan akan dapat mengetahui tahanan jenis bahan yang dilalui oleh arus listrik dapat diketahui dengan Hukum Ohm yaitu :

…………..(1)

dimana :

R = tahanan (ohm/mohm),

V= beda potensial listrik (volt/mvolt)

I = beda arus listrik dalam amper/mampe).

B. Sejarah Penggunaan Geolistrik

Sejarah perkembangan eksplorasi geolistrik merupakan perkembangan yang paling unik dari seluruh geofisika eksplorasi. Unik karena dalam perkembangannya metoda ini terbagi - bagi dalam beberapa mazhab (school), padahal sumber dasar teori sama. Perbedaan tersebut terletak pada :

1.      Tata cara kerja ( konfigurasi elektroda, interpretasi).

2.      Alat yang digunakan, sebetulnya tiap alat dapat digunakan untuk mazhab apapun, akan tetapi perbedaan konfigurasi elektroda yang dipakai mempengaruhi daya penetrasi alat.

3.      Data prossessing.

Penggunaan sifat-sifat kelistrikan untuk maksud eksplorasi sudah dikenal peradaban manusia lebih dari dua abad yang lalu. Pelopor yang mula-mula memakai cara geofisika untuk maksud ksplorasi adalah :

1. Gray dan Wheeler thn. 1720, melakukan pengukuran terhadap batuan dan mecoba membakukan tebal konduktivitas batuan.
2. Watson thn 1746, menemukan ,bahwa tanah merupakan konduktor dimana potensial yang diamati pada titik-titik diantara dua elektroda arus yang dipotong sejarak 2 mil , bervarisai akibat adanya perbedaan kondisi geologi setempat.
3. Robert W. Fox thn. (1789 - 1877) , dapat disebut sebagai Bapak Metoda Geolistrik , karena beliau yang pertama kali mempelajai hubungan sifat-sifat listrik dengan keadaan geologi, temperatur, terrestrial electric dan geothermal. Fox mempelajari sifat-sifat kelistrikan tersebut di tambang-tambang Corn wall, Inggris.

4. Perkembangan dilanjutkan secara bertahap : thn.1871 oleh W.Skey, thn. 1847oleh Charles Matteucci., thn. 1882 oleh Cart Barus, thn. 1891 oleh Brown, thn. 1897 oleh Bernfield, thn 1912 oleh Gottchalk, thn. 1914 oleh R.C. Wells dan  George Ottis.
5. Perkembangan agak berbeda setelah Conrad Schlumberger dan R.C. Welldimana geolistrik berkembang di dua benua, dengan cara dan sejarah yang berbeda. Akan tetapi di ujung perkembangan tersebut kedua mazhab ini bertemu lagi, terutama dalam menggunakan konsep matematika yang sama yang diterapkan pada teori interpretasi masing-masing.
6. Perkembangan peralatan dimulai dari peralatan geolistrik di dalam truk sampai pada alat geolistrik sebesar tas kecantikan.

7.      Perkembangan pengolahan data nilai tahanan jenis pada abad ke 20 yaitu dengan dibuatnya kurva baku dan kurva tambahan oleh Orellana E. dan Mooney H.M.,1966, Bhattacharya P.K. dan Patra H.P., 1968, Rijkkswaterstaat, The Netherland, 1975, Zohdy, A.A.R.,1975.

8.      Perkembangan dalam penafsiran lengkungan tahanan jenis dengan pembuatan perangkat lunak dari melakukan “matching curve” sampai perangkat lunak VESPC, RESINT 53, GRIVEL, RESIX dan IP2Win

C. Kegunaan Metode Geolistrik

Mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan sampai kedalaman sekitar 300 m sangat berguna untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan akifer yaitu lapisan batuan yang merupakan lapisan pembawa air. Umumnya yang dicari adalah ‘confined aquifer’ yaitu lapisan akifer yang diapit oleh lapisan

batuan kedap air (misalnya lapisan lempung) pada bagian bawah dan bagian atas. ‘Confined’ akifer ini mempunyai ‘recharge’ yang relatif jauh, sehingga ketersediaan air tanah di bawah titik bor tidak terpengaruh oleh perubahan cuaca setempat.

Geolistrik ini bisa untuk mendeteksi adanya lapisan tambang yang mempunyai kontras resistivitas dengan lapisan batuan pada bagian atas dan bawahnya. Bisa juga untuk mengetahui perkiraan kedalaman ‘bedrock’ untuk fondasi bangunan.

Metoda geolistrik juga bisa untuk menduga adanya panas bumi (geotermal) di bawah permukaan. Hanya saja metoda ini merupakan salah satu metoda bantu dari metoda geofisika yang lain untuk mengetahui secara pasti keberadaan sumber panas bumi di bawah permukaan

D. Cara Kerja Metode Geolistrik

Umumnya metoda geolistrik yang sering digunakan adalah yang menggunakan 4 buah elektroda yang terletak dalamsatu garis lurus serta simetris terhadap titik tengah, yaitu 2 buah elektroda arus (AB) di bagian luar dan 2 buah elektroda ntegangan (MN) di bagian dalam.

Kombinasi dari jarak AB/2, jarak MN/2, besarnya arus listrik yang dialirkan serta tegangan listrik yang terjadi akan didapat suatu harga tahanan jenis semu (‘Apparent Resistivity’). Disebut tahanan jenis semu karena tahanan jenis yang terhitung tersebut merupakan gabungan dari banyak lapisan batuan di bawah permukaan yang dilalui arus listrik.

Bila satu set hasil pengukuran tahanan jenis semu dari jarak AB terpendek sampai yang terpanjang tersebut digambarkan pada grafik logaritma ganda dengan jarak AB/2 sebagai sumbu-X dan tahanan jenis semu sebagai

sumbu Y, maka akan didapat suatu bentuk kurva data geolistrik. Dari kurva data tersebut bisa dihitung dan diduga sifat lapisan batuan di bawah permukaan.

E.  Jenis-Jenis Metode Geolistrik

1.     1.  Metode Geolistrik Tahanan Jenis ( Resistivity Methode )

Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari kelompok metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah permukaan bumi. Metode resistivitas umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar 300 – 500 m. Prinsip dalam metode ini yaitu arus listrik diinjeksikan ke alam bumi melalui dua elektrode arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektrode potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial listrik dapat diperoleh variasi harga resistivitas listrik pada lapisan di bawah titik ukur.

Metode kelistrikan resistivitas dilakukan dengan cara menginjeksikan arus listrik dengan frekuensi rendah ke permukaan bumi yang kemudian diukur beda potensial diantara dua buah elektrode potensial. Pada keadaan tertentu, pengukuran bawah permukaan dengan arus yang tetap akan diperoleh suatu variasi beda tegangan yang berakibat akan terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu informasi tentang struktur dan material yang dilewatinya. Prinsip ini sama halnya dengan menganggap bahwa material bumi memiliki sifat resistif atau seperti perilaku resistor, dimana material-materialnya memiliki derajat yang berbeda dalam menghantarkan arus listrik. 

2.      2. Metode Geolistrik Polarisasi Terimbas ( IP/ Induce Polarization Methode )

Pada prinsipnya dilakukan dengan cara memutuskan arus listrik yang di injeksikan ke dalam permungkaan bumi. Selanjutnya tampak bahwa beda potensial antara kedua elektroda tidak lansung menunjukan angka nol saat arus tersebut di putuskan. turun secara perlahan lahan dalam selang waktu tertentu. Sebaliknya apabila arus dihidupkan maka beda potensial akan kembali pada posisi semula dalam waktu yang sama.

Gelaja polarisai terimabs dalam batuan termineralisasikan terutama ditentukan reaksi Elektrokimia pada bidang batas antar mineral2 logam dan larutan dalam batuan. gejala Ip dapat dilakukan dengan mengalirkan arus terkontrol melalui bahan yangakan diselidiki.

Pengukuran respon IP dapat dilakukan  dengan cara :

a.      Pengukuran domain waktu

Pengukuran polarisasi terimbas dengan domain waktu yaitu dengan cara mengalirkan pulsa arus listrik bebrbentuk persegi panjang kedalam tanah. untuk mengukur derajar terpolarisasi suatu bahan pada suatu waktu di definisikan chargeability.

b.      Pengukuran domain frekunsi

Untuk mempolarisasika suatu bahan dengan arus listrik imbas ke sutau tingkat tertentu dibutuhkan waktu tertentu tergantung jenis bahannya. Karena frekunsi berbanding terbalik dengan waktu. maka perbedaan respon tegangan dengan pemberian arus listrik dengan frekuensi yang berbeda juga mencerminkan sifat polarisasi suatu bahan tertentu.ini merupakan dasar dalam pengukuran frekuensi (sumner, 1976).

c.      Metode Geolistrik Potensial Diri ( SP/ Self Potential Methode )

Metode Self potential (SP) adalah metode pasif, karena pengukurannya dilakukan tanpa menginjeksikan arus listrik lewat permukaan tanah, perbedaan potensial alami tanah diukur melalui dua titik dipermukaan tanah. Potensial yang dapat diukur berkisar antar beberapa millivolt (mV) hingga 1 volt.

Self potensial adalah potensial spontan yang ada di permukaan bumi yang diakibatkan oleh adanya proses mekanis ataupun oleh proses elektrokimia yang di kontrol oleh air tanah. Proses mekanis akan menghasilkan potensial elektrokinetik sedangkan proses kimia akan menimbulkan potensial elektrokimia (potensial liquid-junction, potensial nernst) dan potensial mineralisasi.

Komponen rekaman data potensial diri yang diperoleh dari lapangan merupakan gabungan dari tiga komponen dengan panjang gelombang yang berbeda, yaitu efek topografi (TE) ), SP noise (SPN ) dan SP sisa (SPR). Metode potensial diri (SP) merupakan salah satu metode geofisika yang prinsip kerjanya adalah mengukur tegangan statis alam (static natural voltage) yang berada di kelompok titik titik di permukaan tanah. Potensial diri umumnya berhubungan dengan perlapisan tubuh mineral sulfide (weathering of sulphide mineral body), perubahan dalam sifat-sifat batuan (kandungan mineral) pada daerah kontak - kontak geologi, aktifitas bioelektrik dari material organik, korosi, perbedaan suhu dan tekanan dalam fluida di bawah permukaan dan fenomena-fenomena alam lainnya.

Prinsip dasar dari metode potensial diri adalah pengukuran tegangan statis alam (Static Natural Voltage) pada permukaan tanah. Orang yang pertama kali menggunakan metode ini adalah untuk menentukan daerah yang mengandung mineral logam.