aplikasi geofisika
DESCRIPTION
gcjjkhkTRANSCRIPT
1 PENDAHULUAN
Metoda tahanan jenis (Resistivity) adalah merupakan sala satu dari beberapa metoda
geofisika yang umumnya digunakan untuk eksploraasi air tanah. Metoda tahanan
jenis ini telah dikenal pemakaiannya sejak tahun 1920 terutama didataran Eropa,
dimana sejak saat itu sampai sekarang metoda ini telah mengalami banyak
perkembangan baik dalam segi perangkat keras (Hardware) maupun dalam segi
perangkat lunak (Software) yang sudah tentu berpengaruh terhadap kecepatan dan
ketelitian dalam pekerjaan lapangan maupun didalam penafsiran data.
Pada dasarnya metoda tahanan jenis dilaksanakan dengan mengalirkan arus listrik
searah (Diriect current) atau bisa juga dengan menggunakan alat listrik bolak–balik
(Alternating current) berfrekuensi rendah kedalam tanah melalui dua buah elektroda
yang terbuat dari besi baja. Oleh karena bumi dianggap sebagai konduktor atau
penghantar arus, maka apabila didalam tanah terdapat perbedaan konduktivitas atau
daya hantar listrik yang disebabkan oleh sifat fisika batuan, hal ini akan
menyebabkan terjadinya perubahan besarnya aliran arus didalam bumi yang
mempengaruhi distribusi medan listrik. Jadi berdasarkan pengertian jalannya arus
listrik yang mengalir kedalam bumi tersebut, maka setiap lapisan batuan yang dapat
menghantarkan arus didalam tanah secara teoritis akan dapat ditentukan baik posisi,
ketebalan bahkan penyebarannya, sehingga metoda tahanan jenis ini sangat efektif
untuk digunakan dalam eksplorasi airtanah.
2 APLIKASI METODA TAHANAN JENIS
Dalam eksplorasi airtanah, metoda tahanan jenis umumnya digunakan untuk
menunjang kegiatan survey geohidrologi atau pemboran air diantarannya dalam
menafsirkan letak dan ketebalan lapisan akifer, penyebarannya dan kadang–kadang
menafsirkan batas intrusi air laut terhadap airtawar, juga melokalisir kondisi airtanah
pada suatu daerah, sehingga kesimpulan akhir dari hasil penyelidikan, kita dapat
menentukan lokasi pemboran pada daerah tersebut (Lihat Gambar 1.1). Untuk
mendapatkan hasil yang baik dalam penafsiran suatu survei tahanan jenis, diperlukan
suatu kisaran harga tahanan jenis batuan pada daerah tersebut yaitu dengan
melakukan kalibrasi pengukuran tahanan jenis dengan sumur bor yung telah ada
dimana kurva tahananan jenis semu yang diperoleh tersebut diiterpretasi secermat
mungkin, sehingga kisaran harga tahanan jenis mendekati harga tahanan jenis batuan
didaerah tersebut yang biasanya mencocokan ketebalan lapisan hasil interpretasi
dengan data ketebalan lapisan pada sumurbor tempat dilakukan kalibrasi. Apabila
data sumurbor tidak ada tidak ada, bisa dilakukan kalibrasi dengan kondisi geologi
daerah setempat atau dengan data yang ada misalnya data sumurgali, hidrogeologi
dan lain–lain.
Selain untuk menunjang kegaiatan survei hidrogeologi, metoda tahanan jenis bisa
juga digunakan untuk eksplorasi mineral, hidrokarbon, panas bumi dan endapan
bahan galian golongan C seperti endapan pasir, batuan andesit, marmer dan lain–lain.
Khusus untuk eksplorasi endapan bahan galian golongan C seperti pasir, metoda
tahanan jenis ini sangan efisien dan ekonomis karena disamping biaya operasi yang
cukup murah, juga hasilnya dapat diperoleh dengan cepat dalam areal yang cukup
luas. Dari hasil penyelidikan dengan metoda tahanan jenis ini, kita dapat menafsirkan
ketebalan (kedalaman) dan volume endapan pasir, sekaligus mengetahui ketebalan
dan volume dari pada tanah penutup (soil), sehingga kita dapat memperkirakan
sampai berapa tahun umur tambang pasir dalam satu wilayah. Penyelidikan tahanan
jenis juga dapat menelusuri alur – alur sungai purba yang tersembunyi didalam tanah,
dimana biasanya banyak mengandung endapan pasir (Lihat Gambar 2.1.), yaitu
dengan cara melakukan penyelidikan tahanan jenis dengan teknik Horizontal
Profiling (Mapping) seperti yang akan dijelaskan pada bagian berikutnya.
3 KISARAN TAHANAN JENIS BATUAN
Tahanan jenis batuan atau lapisan batuan dibawah permukaan akan berbeda sesuai
dengan sifat – sifat fisika dari masing-masing batuan tersebut , dimana perbedaan
sifat-sifat fisika batuan ini tergantung pada beberapa faktor diantaranya, umur
batuan, kandungan air, kandungan elektrolit, kandungan mineral, porositas,
permeabilitas, salinitas dan lain-lain. Pada umunya batuan yang keras dan kering
akan menunjukan harga tahanan jenis yang tinggi, sedangkan batuan lunak yang
berporisitas tinggi akan mempunyai harga tahanan jenis yang lebih rendah.
Perbedaan kualitas dan jenis air yang terkandung dalam suatu batuan juga akan
menyebabkan terjadinya variasi tahanan jenis dari beberapa puluh sampai beberapa
ratus Ohm – meter. Kisaran harga tahanan jenis batuan tersebut akan lebih mudah
dipelajari apabila dilihat pada tabel dibawah ini.
Tipe / Jenis air Tahanan Jenis (Ohm – m)
- Air meteor berasal dari penguapan
- Air permukaan didaerah batuan beku
- Air permukaan didaerah batuan sedimen
- Airtanah di daerah batuan beku
30 – 1000
30- 500
10 –100
10 – 150
- Airtanah di daerah batuan sedimen
- Air laut
- Air untuk konsumsi manusia (dengan
kandungan Cl tertinggi 0,25 %
- Air untuk irigasi
Lebih besar dari 1
Kira – kira 0,1
Lebih besar dari 1,8
Lebih besar dari 0,65
Tabel 1.1. Variasi harga tahan jenis dari bermacam jenis air ( Sumber dari Kollert)
I. TEORI DASAR METODA TAHANAN JENIS
Penyelidikan geolistrik dengan metoda tahanan jenis dimulai dengan adanya
hukum Ohm, dimana dalam hukum Ohm dinyatakan bahwa tahana listrik suatu
konduktor (R) adalah berbanding terbalik dengan kuat arus yang dialirkan ( I ) dan
berbanding lurus dengan beda potensial diantara dua permukaan yang mempunyai
potensial tetap atau dapat ditulis dalam rumus Ohm sebagai berikut ;
R = ………………. ( 1 )
Dimana :
R = Tahanan antara dua permukaan
V = Beda potensial diantara dua permukaan dengan potensial konstant
I = Arus listrik yang mengalir dalam suatu konduktor.
Sedangkan pengertian tahanan jenis (resistivity) suatu media (gb.3) adalah jika dalam
sebuah kawat konduktor dialiri arus yang menembus satu unit luas (A), maka
tahanan jenisnya akan berbanding lurus dengan perkalian antara luas permukaan
bahan dengan tahanannya ( R ) dan berbanding terbalik dengan jarak antar dua
permukaan konduktor atau persamaannya dapat ditulis sebagai – berikut ;
= R .
……………………… ( 2 )
dimana :
(Rho) = Tahanan jenis suatu konduktor ( Ohm – meter )
R = Tahanan yang diukur di antar dua permukaan equipotensial yang dipisahkan
oleh jarak ( Ohm ).
L = Jarak dua permukaan equipotensial ( meter )
A = Luasa permukaan konduktor yang dialiri arus ( m2)
L
V
Gb. 3. Devenisi tahanan jenis (Resistivity)
Rumus 1 dan 2 tersebut diatas menganggap, bahwa media konduktor mempunyai
densitas arus sama (homogen), sehingga disepanjang konduktor tersebut tidak
terjadi perubahan potensial. Tetapi dalam prakteknya dilapangan kita akan
mengalirkan arus ke dalam yang pada umunya mempunyai densitas arus beragam
dan dalam cara mengalirkan arus kita akan selalu menindahkan elektroda –
elektroda arus dan potensial. Dengan adanya densitas, arus berbeda, maka akan
terjadi perubahan perubahan medan listrik dan perubahan harga tahanan jenis,
sedangkan dengan selalu berpisahnya elektroda arus dan kadang – kadang
elektroda potensial (Sehlumberger), maka untuk memperolah harga tahanan jenis
semu harus selalu tergantung terhadap faktor geometrisnya (K-fator) yang akan
diuraikan kemudian. Dalam aplikasi penyelidikan geolistrik dengan metoda
tahanan jenis, telah dikenal beberapa susunan elektroda diantaranya ;
1. Susunan elektroda Sehlumberger.
2. Susunan elektroda wener.
3. Susunan elektroda Dipole-Dipole.
4. Susunan elektroda Lee Partition.
Masing-masing susunan elektroda tersebut di atas mempunyai kelebihan dan
kekurangannya baik dalam hal pengoperasian di lapangan, maupun dalam
kerjanya, sehingga dalam pemilihannya sangat tergantung pada tujuan
penyelidikan, apakah penyelidikan tahanan jenis bertujuan untuk eksplorasi
airtanah, mineral atau geothermal, geologi teknik dan lain-lain. Tetapi susunan
elektroda yang umunya digunakan untuk eksplorasi airtanah adalah susunan
elektroda menurut susunan Schlmberger dan Wenner.
Susunan elektroda menurut aturan Schlumberger dalam prakteknya
dilapangan adalah dengan menempatkan dua buah elektroda potensial ( MN )
diantara dua buah elektroda arus ( AB ), gb. 1, dimana AO = BO = AB/2 dan MO
= NO = MN/2.
A M N B
L/2 O L/2
Gb. 4. Susunan elektroda menurut aturan Schlumberger
Elektroda arus AB selalu dipindahkan menjauhi titik pusat O dengan tujuan agar
penetrasi arus dapat semakin dalam kedalam tanah, sedangkan elektroda potensial
MN hanya dipindahkan pada jarak tertentu pada saat diperlukan dengan syarat bahwa
jarak MN/2 1/3 AB/2.
Seperti telah disinggung pada halaman sebelumnya bahwa elektroda arus dan
elektroda potensial selalu berubah, maka hukum Ohm untuk meperoleh harga
tahanan jenis semu akan selalu tergantung pada faktor geometrisnya ( K-faktor)
dimana untuk memperoleh faktor geometris dalam susunan elektroda Schlumberger
dapat dijelaskan melalui subtitusi geometris dalam susunan elektroda sebagai berikut
dibawah ini :
L/2 L/2
A M L/2 L/2 N B
r1 r2
r3 r4
Gb. 5. Faktor geometris dan aturan Schlumberger
Besarnya potensial pada elektroda M adalah :
Vm = I ( - ) …………….. (3)
Besarnya potensial pada elektroda N adalah:
Vn = I ( – ) ……………...(4)
Beda potensial (VmN ) = Vm - VN, sehingga untuk memperoleh harga tahanan jenis
semu dapat ditulis sebagai berikut :
a = K-faktor……..(5)
Untuk memperoleh harga tahanan jenis semu yang sesuai dengan susunan-susunan
elektroda-elektroda diatas permukan, maka rumus (5) harus disederhanakan lagi
melalui beberapa persamaan sebagai berikut :
r1 = - =
r2 = =
r3 = =
r4 =
K = =
=
=
=
=
K = ……………………(6)
Jadi persamaan untuk memperoleh harga tahanan jenis semu ( a) dalam susunan
elektroda Schlumberger adalah sebagai berikut :
a = K
……………………….(7)
Susunan elektroda Wenner dalam pelaksanaan dilapangan adalah dengan
mengatur jarak antara masing-masing elektroda sama panjang (AM = MN = NB),
dimana elektroda potensial MN selalu ditempatkan diantara aras elektroda AB.
A M N B
a a a
Gb. 6. Susunan elektroda Wenner.
Untuk memperoleh perswamaan faktor geometris dalam susunan Wenner, dapat
dijelaskan secara singkat berdasarkan beberapa persamaan dibawah ini :
=
=
Beda potensial (V) antara elektroda M dan N adalah :
=
=
= ……………………………………….( 8 )
Jadi untuk memperoleh harga tahanan jenis semu ( a) untuk susunan elektroda
Wenner dapat ditulis dalam persamaan berikut :
=
=
= ……………………………………. ( 9 )
II. METODA INTERPRESTASI
Sebelum membahas mengenai cara interprestasi data tahanan jenis,
sebaiknya kita mengenal secara umum tentang jenis survei tahanan jenis. Survei
geolistrik dengan menggukan metoda tahanan jenis terdiri dari dua macam yaitu
survei tahanan jenis untuk mengetahui perubahan litologi kearah vertikal
(Vertcal Electrcal Soinding) dan survei tahanan jenis untuk mengetahui
perubahan litologi kearah mendatar (Horizontal Profiling) misalnya survei
contact ( seperti dyke, patahan,endapan sulfida, urat kuarsa dan lain-lain) dan
endapan lainnya yang tersembunyi di bawah permukaan seperti lensa-lensa, goa-
goa dalam bati gamping, endapan pasir, sungai purba dan lain-lain.
a. Vertical Electrical Sounding (VES)
Interprestasi (penafsiran) VES dapat dilakukan dengan dua cara yaitu
secara kualitatif dan secara kuantitatif. Interprestasi secara kualitatif dilakukan
dengan mengamati bentuk kurva tahanann jenis semu hasil pengeplotan
dilapangan, dimana bentuk kurva ini terdiri dari empat macam yaitu kurva
maximum, kurva minimum, kurva double dessending dan kurva double
ascending seperti gambar dibawah ini :
- Kurva tahanan jenis semu yangbentuknya seperti gambar 7a, diartikan
sebagai lapisan pertama yang mempunyai tahanan jenis lebih rendah dari
pada lapisan kedua dan lapisan kedua mempunyai tahanan jenis lebih tinggi
dari pad lapisan ketiga.
- Kurva tahana jenis yang bentuknya seperti gb. 7b, diartikan sebagai lapisan
pertama mempunyai tahanan jenis lebih tinggi dari lapisan kedua dan lapisan
kedua mempunyai tahana jenis lebih rendah dari lapisan ketiga.
- Kurva tahanan jenis yang bentuknya seperti gb. 7c, diartikan sebagai lapisan
pertama mempunyai tahanan jenis lebih tinggi dari lapisan kedua dan lapisan
kedua mempunyai tahanan jenis lebih tinggi dari lapisan ketiga.
- Kuva tahanan jenis yang bentuknya seperti gb. 7d, diartikan sebagai lapisan
pertama mempunyai tahanan jenis lebih kecil dari lapisan ke dua dan lapisan
kedua mempunyai tahanan jenis lebih kecil dari lapisan ketiga.
Interprestasi VES secara kuantitatif dalam susunan elektroda
Schlumberger dapat dilakukan dengan metoda dua lapisan atau dengan metoda
beberapa laisan (multi layer). Dari kedua metoda ini yang akan dijelaskan disini
adalah metoda inter prestasi sederhana yaitu metoda dua lapisan melalui
pencocokan kurva (matching) dengan tahap tahap sebagai berikut ;
1. Tentukan harga-harga tahanan jenis semu hasil pengukuran
di lapangan dan dihitung dengan rumus ( 7 ) sehingga diperoleh harga
tahanan jenis semu kemudian di plot pada kertas logaritma ganda trasnparant
(lamp. 1) terhadap setengah jarak elektroda arus (AB/2).
2. Himpikan dan letakan kurva tahanan jenis semu tersebut
diatas kurva baku (lamp. 2), sehingga kedua kurva benaar – benar berimpit
atau dapat juga dilakukan interpolasi. Perhatikan bahwa sumbu XB dan YB
pada kurva baku dan sumbu XldanYL pada kurva lapangan selalu sejajar
(XB/ / XL dan YB / / YL).
3. Tandai dengan tanda silang (cross) yang ada di kurva baku
pada kurva lapangan ( lamp.3) sehingga diperoleh harga tahanan jenis
pertama (R1) dengan menarik garis sejajar sumbu X sampai berpotongan
sumbu Y melalui titik silang pertama (C1) dan ketebalan lapisan pertama
dengan menarik garis sejajar sumbu Y pada titik silang pertama sampai
berpotongan dengan sumbu X, perpotongan sumbu X dan Y pada titik D
adalah harga tahanan jenis pertama (PI) sedangkan perpotongan sumbu Y
dengan X pada titik E adalah ketebalan lapisan pertama. Untuk mengetahui
tahanan jenis lapisan kedua, kita harusmengalikan harga tahanan jenis
pertama dengan harga yang ada pada salasatu kurva induk yang berimpit
dengan kurva lapangan tadi.
4. untuk mengetahui harga tahanan jenis lapisan ketiga, kita
harus membuat tempat kedudukan tanda silang kedua dengan cara mencari
harga salasatu kurva bantu (lamp.3 atu 5) yangg harganya sama dengan sala
saatu kurva pada kurva baku yang berimpit dengan kurva lapangan tahap
pertama (garis a).
5. Membuat garis bantu (a) yang berpusat pada tanda silang
pertama (C1) .
6. Mengimpitkan kembali kurva lapangan lapisan ketiga
dengan kurva baku untuk memperoleh harga tahanan jenis lapisan ketiga, dan
apabila telah berimpit tandai tanda silang kedua (C2) pada gaaris bantu (a)
tadi.
7. Membaca harga tahanan jenis lapisanketiga dengan
mengalikan harga sala satu kurva pada kurva baku yang berimpit dengan
kurva lapangan lapisan ketigadengan haarga tahanan jenis yang diperoleh
daari hasil perpotongan sumbu X dan Y pada titik F melalui tanda silang 2
(C2) dan membaca kedalaman lapisan kedua dengan cara menghimpit
kembali kurva bantu dengan kurva lapangan yang berpusat pada titik silang
1(C1) dan mebuat garis (b) melalui titrk silang 2 (C2) dan seterusnya.
b. Horizontal profiling (Mapping)
Seperti telah disinggung pada bab sebelumnya bahwa penyelidikan tahanan
jenis dengan menggunakan teknik horizontal profiling atau sering disebut
pemetaan tahanan jenis adalah bertujuanuntuk mengetahui penyebaran
lapisan batuan ke arah mendatar. Interpretasi pemetaan tahanan jenis ini
hanya dapat dilakukan dengan cara kualitatip yaitu dengan mempelajari
penyimpangan (anomali) grafik tahanan jenis semu yang melintasi suatu
baatuan yang berbeda atau struktur batuan yang ada, dimana lintasan dari
pemetaan tahanan jenis ini harus diusahakan agar tegak lurus dengan arah
jurus kemiringan (Strike) daari suatu body, sehingga akan terbentuk suatu
grafik tahanan jenis semu yang ideal (gb.8). Dalam suatu grafik tahanan jenis
semu yang ideal (gb. 8). Dalam praktek dilapangan teknik ini dilakukan
dengan selalu memindahkan elektroda potensial dan elektroda arus bersama –
sama., tetapi jarak antara elektroda arus harus selalu sama sesuai dengan
tujuan kedalaman yang kita ketahui.
Gambar 8. Longitudinal and tranverses across a series of faukted strata
Illonois. USA (After Hubber 1934.)