9

9. INDUCED POLARISASI

9.1. Pendahuluan

Induced polarisasi adalah teknik yang dapat dikatakan baru dalam bidang geofisika, dimana mempunyai kemampuan utama dalam eksplorasi base-metal dan juga dipakai dalam mencari penyebaran air tanah. Meskipun Schlumberger, perintis dalam eksplorasi geofisika, telah memperkenalkan fenomena induced polarisasi sekitar 50 tahun lalu, dimana pada waktu itu merupakan alat geofisika yang popular, sekitar pertengahan tahun 50-an. Satu bentuk dari polarisasi, efek overvoltage, telah popular dalam bidang kimia fisik sejak lama.

Gambaran mengenai induced polarisasi dapat diambil dengan penyebaran tahanan elektroda 4 dc standar karena gangguan arus kasar. Tegangan melewati potensial elektroda tidak langsung turun menuju nol sacara langsung, tapi perlahan-lahan. Apabila arus kembali melewati potensial elektroda, maka membesar secara tiba-tiba, interval waktu yang dibutuhkan kira-kira sama.

Pada salah satu tipe detector induced polarisasi, tegangan yang terbuang merupakan fungsi waktu dalam jalan yang bermacam-macam. Metode ini dikenal sebagai time-domain IP. Sejak waktu yang dihasilkan juga dibatasi, sangat jelas bahwa penyimpangan tahanan (juga impedansi komplek) harus berselang-seling dengan frekuensi, mengurangi yang sebelumnya bertambah. Kadar dari Pa adalah dua atau lebih frekuensi ac, umumnya di bawah 10 Hz. Ini dikenal sebagai frekuensi-domain IP.

9.2. Sumber efek Induced Polarisasi9.2.1 UmumKurva yang ditampilkan pada gambar 9.1 menampilkan kembali keadaan awal mengikuti gangguan yang dipenuhi oleh arus. Selang waktu arus awal mengalir, ada energi yang tersimpan pada material. Meskipun energi yang tersimpan tersebut hanya secara teori, dan hanya kemungkinan, dalam bentuk yang bermacam-macam, sebagai contoh, mekanik, elektro dan kimia, penelitian laboratorium mengenai polarisasi dari bermacam tipe batuan telah dilakukan di mana energi kimia sejauh itu adalah yang terpenting.

Gbr. 9.1 perbandingan IP dan curva R CEnergi kimia yang tersimpan merupakan hasil dari: (a) variasi dalam pergerakan ion-ion dalam fluida melewati struktur batuan. (b) Variasi antara ion dan konduksi elektronik ketika timbul mineral metal. Efek pertama adalah diketahuinya membran atau polarisasi elektrolik dan bentuk dari latar belakang atau disebut Efek Normal IP.

Hal tersebut dapat terjadi pada batuan yang tidak mengandung mineral metal. Yang kedua dikenal dengan elektroda polarisasi atau overvoltage. Itu umumnya lebih besar dalam jarak dibandingkan dengan Induced Polarisasi dan bergantung pada kehadiran mineral metal pada batuan. Kedua efek tersebut tidak dapat terpisahkan dengan ukuran Induced Polarisasi. Mereka terlihat sebagai atom bebas, atau struktur molekul, itu adalah efek IP yang paling besar.

9.2.2. Membran PolarisasiKonduksi elektrolik merupakan factor dominan di hampir semua batuan. Stuktur batuan harus memiliki poros untuk arus mengalir jika tidak terdapat mineral metal. Kebanyakan mineral pada batuan memiliki molekul negatif antara permukaan batuan dengan fluida. Konsekuensinya, ion positif menjadi tertarik. Konsentrasi ion positif ini dapat meluas mengikuti zona fluida ke dalam sekitar 10-6 cm. Jika ini mengikuti aturan, ion-ion negatif akan berkumpul di salah satu akhir zona dan meninggalkan yang lainnya disaat potensial dc melintasinya. Sebagai hasil dari distribusi polarisasi ini, aliran arus menjadi terganggu. Beberapa saat kemudian disaat arus dimatikan, ion-ion kembali ke posisinya semula, juga membutuhkan waktu. Situasi ini digambarkan pada gambar 9.2.

Efek membran IP paling tegas jika terdapat mineral lempung, dimana mempunyai poros yang kecil. Jarak dari polarisasi, meskipun tidak membesar terus-menerus dengan konsentrasi mineral lempung, tapi mencapai maksimum dan kemudian berkurang kembali. Konsentrasu optimum bervariasi di setiap tipe dari lempung, memjadi rendah pada montmorilonit dan menjadi tinggi pada kaolinit. Shale, dengan persentase tinggi mineral lempung, memiliki polarisasi relatif yang rendah. Efek membran juga mengecil dangan salinitas dari poros fluida.

Sebagai hasil dari factor ini, polarisasi membran umumnya maksimum di batuan yang mengandung mineral lempung sebagai matrik kurang dari 10 % dari konsentrasi dan dimana elektrolit memiliki salinitas rendah.

Semua latar belakang polarisasi adalah mengenai apa yang diharapkan dari kandungan 1 2% mineral konduktif, tapi dapat bervariasi hingga 10 kali nilai ini.

Gbr. 9.2. membran dan elektroda efek polarisasi. (a) distribusi normal dari ion-ion pada poros batu pasir; (b) membran polarisasi pada poros batupasir bergantung dari arus dc; (c) arus elektrolitik pada pori atas, elektroda polarisasi pada pori bawah.9.2.3. Elektroda PolarisasiTipe ini mirip dengan prinsip membran polarisasi, disaat material metal hadir di batu dan arus mengalir sebagai electron. Reaksi kimia terjadi antara mineral dan larutan.

Mengingat dua poros yang ditunjukkan pada bagian batuan di gambar 9.2. c. Pada bagian atas, arus mengalir sebagai electron. Pada bagian bawah, dimana terdapat mineralo metal, memiliki jaringan permukaan, hasilnya berkumpulnya ion-ion di elektrolit. Hal tersebut adalah elektrolisis, disaat arus mengalir dan berganti tempat antara metal dan larutan ion; di dalam kimia fisik, efek ini dikenal sebagai overvoltage.

Bila kecepatan arus aliran elektrolit lebih rendah daripada dalam metal, timbunan dari ion terpelihara oleh tegangan eksternal. Ketika arus meletup, kekurangan tegangan menjadikan penyerapan ion kembali ke kondisi keseimbangan asal.

Mineral dimana merupakan konduktor elektronik menunjukkan elektroda polarisasi. Termasuk hampir semua sulfida (kecuali spalerit, dan mungkin sinabar dan stibnite), beberapa oksida seperti magnetit, ilmenit, pirolusit dan kasiterit dan grapit.

Jarak dari elektroda polarisasi ini bergantung, tentunya, pada sumber arus eksternal dan juga pada sejumlah karakteristik dari medium. Ini sangat bervariasi dengan konsentrasi mineral, tapi sejak merupakan fenomena permukaan, itu menjadi lebih besar disaat mineral tercerai-berai dibandingkan jika masiv.

Kenyataan bahwa situasi tidaklah sederhana. Ukuran partikel optimum bervariasi sangat meluas dengan pori batu induk. Faktanya terjadi perpecahan mineral memberikan respon IP yang baik merupakan feature yang sangat atraktif, sejak metode elektrik yang lain tidak bekerja dengan baik dalam lingkaran ini.

Untuk sebagian konsentrasi, penurunan polarisasi dengan pori batu, sejak terjadi peningkatan jumlah dari saluran lain untuk konduksi elektrolit. Jadi di satu pihak diharapkan efek IP menjadi besar dalam perpecahan sulfida terjadi pada batuan beku/ Dari contoh eksperimen terlihat bahwa kejadian maksimum ketika 75 % dari pori-pori dipenuhi air.

Overvoltage bervariasi terbalik dengan kekerapan arus di beberapa kasus, di luar lebar rentangan dari kepadatan arus, efek IP menurun oleh factor dari 2 yaitu kepadatan arus meningkat 10 kali lipat.

Akhirnya efek IP menurun dengan peningkatan frekuensi sumber (menggunakan keadaan tertentu dari variable frekuensi dibandingkan letupan dc). Membran sebenarnya seperti polarisasi elektroda, tetapi di akhir penurunan mungkin 2 urutan dari jarak lebih besar dari pada di awal.

9.2.4. Ekuivalen Sirkuit ElektrikMerupakan hal menarik untuk struktur pori batuan, dengan atau tanpa mineral dan zona mineral, dengan ekuivalen sirkuit elektrik.

Dalam gambar 9.1. terlihat adanya jaringan sederhana kapasitas terbalik tidak dapat dijabarkan dengan aliran arus akibat efek IP. Sirkuit digambarkan dalam gambar 9.3. memberikan analog yang lebih baik.

Gbr. 9.3. Ekuivalen sirkuit elektrik untuk mensimulasikan efek IP. (a) Ekuivalen sirkuit dari polarisasi membran; (b) ekuivalen sirkuit dari polarisasi elektroda.Gambar 9.3.a menunjukkan ekuivalen sirkuit dari polarisasi membran . Lubang cairan efektif terbalik tergambar dengan Ri dan Rip, rangkaian seri menunjukkan hal normal rintangan tidak terblok ketika rangkaian parallel Rip mensimulasikan kebocoran dari ion melewati zona membran. Terakhir dalam efek rintangan komplek, Rw disebut Impedansi Warburg. Kekuatan bervariasi terbalik dengan akar dari frekuensi jenis-jenis nilai untuk lempung, batupasir.

Ri = 1000 ( Rip = 200 (Rw = 150(1+ j)/Vf (/cm2

Ekuivalen sirkuit dari polarisasi elektroda, terlihat dalam gbr. 9.3.b, yang lebih rumit. Di sini ada tambahan komponen Cf, mensimulasikan kapasitas efektif dalam dua lapisan ion positif dan negatif yang menyatu di permukaan, yaitu Rm. Terbalik dari zona mineral dan bereaksi terbalik R, menunjukkan reaksi elektro kimia. Dalam sirkuit ini efek frekuensi lebih komplek.

Sebagai contoh, dalam frekuensi tinggi (lebih dari 1000 Hz) reaksi Cf sangat kecil dari sirkuit rintangan terutama ke Ri dan Rm dalam seri. Selain itu system tersebut menjadikan frekuensi independen. Dalam frekuensi sangat rendah (kurang dari 0,01 Hz) Cf dan Rw keduanya praktis menjadi sirkuit terbuka dan arus akan mengalir oleh saluran lainnya, mungklin elekrolitik. Dalam rentang intermediate ( 0 1 hingga 100 Hz) rintangan bervariasi dengan frekuensi.

Rintangan Warburg dari polarisasi elektroda juga bervariasi F-1. Marshall dan Madden (1959) menemukan proporsi konsentrasi dan ada beberapa tipe elektroda (pirit, galena, magnetit, grapit, copper, dll) dapat menjadi kebalikan dari rentang dari 100 0,01 Hz.

Rw = 1,5 x 103/ Vf (/cm3Akhirnya dapat diterangkan, sirkuit dianalogikan sangat simple. Terbagi dalam pemahaman yang relatif baik dari mekanisme polarisasi.

9.3. Pengukuran Induced Polarisasi

9.3.1. Umum

Seperti telah dijelaskan pada bagian 9.1, pengukuran IP dapat dibuat dalam waktu atau domain frekuensi. Yang pertama dikenal Pulse Transient Measurement, lalu kemudian variasi frekuensi. Beberapa istilah pengukuran yang biasa digunakan dalam dua metoda tersebut dijelaskan sebagai berikut:

9.3.2 Time-domain measurement(a) Milivolt per volt (IP persen). Cara sederhana untuk mengukur efek IP dengan peralatan domain-time dengan membandingkan residu teganganV(t) dalam waktu sekarang setelah arus diputus dengan tegangan tetap Vc selama interval aliran arus (gbr. 9.4.a). Hal ini tidak mungkin untuk mengujur potensi dari pemutusan segera karena arus semakin besar diakibatkan oleh pemutusan sirkuit arus. Disisi lain V(t) harus diukur sebelum residu dikurangi sampai level noise.

Sejak V(t) lebih kecil dibandingkan Vc, rasio V(t)/ Vc mengekspresikan milivolt/ volt atau sebagai persen, 100 V(t)/ Vc, dalam milivolt. Interval waktu t dapat bervariasi antara 0 1 dan 10 detik.

(b) Decay-time integral. Jika integrasi waktu ini sangat pendek dan jika kurva menampilkan beberapa titik, nilai dari integral adalah ukuran dari potensial di tiap-tiap waktu yang berbeda.

Gbr. 9.4. Kurva yang berbeda-beda dari efek time-domain IP. (a) Perbandingan dari V(t) dengan Vc; (b) integral V(t) pada interval waktu.

(c) Chargeability. Didefinisikan dengan

M = ,(9.1)

Dan yang paling umum digunakan kuantitas dalam time-domain IP measurement. Disaat V(t) dan Vc memeliki unit yang sama, chargeability M adalah dalam milidetik.

9.3.3 Frekuensi-domain measurement(a) Efek frekuensi. Pada frekuensi-domain IP, tahanan yang menyimpang dalam dua atau lebih frekuensi. Efek frekuensi biasanya didefinisikan sebagai

fe = (pdc - pac)/ pac = (pdc/pac) 1(9.2a)

dimana efek persen frekuensi diberikan dengan

PFE = 100(pdc pac)/ pac(9.2b)

Dimana pdc, pac merupakan tahanan menyimpang pada dc dan frekuensi sangat tinggi. Telah kita lihat di bagian 9.2.4 dan pada gambar 9.3.b yang digambarkan hanya oleh bagian Rip, sementara pac bergantung dari pip.

(b) Faktor metal. Telah disebutkan bahwa efek IP bervariasi dengan tahanan efektif dari batuan, itu adalah, tipe elektrolit, temperatur, ukuran pori, dll. Parameter factor metal, diberikan oleh Marshall dan Madden (1959). Adalah modifikasi dari ekspresi rumus (9.2.a)

MF = 2( x 105 (pdc pac)/pdcpac = 2( x 105 fe/pdc(9.3a)

Karena tahanan menyimpang merupakan frekuensi yang diberikan dala ohm pada frekuensi domain IP, nilai faktor metal dapat berupa mhos/ ft, dibandingkan dengan mhos/ m.

MF = 105 fe/ (pdc/2() = 103PFE/(pdc/2()(9.3b)

9.3.4. Hubungan Antara Waktu(t) dan Freekuensi(f) Perhitungan IP.

Dalam teori, karena kedua metoda IP menghitung penomena yang sama; maka hasilnya harus sama; dalamnya prakteknya perubahan dari waktu , frekuensi, dan vice versa cukup sulit. The square wave yang digunakan dalam satuan waktu IP mengandung semua frekuensi , sehingga diyakini merupakan garis linear yang kontinu.

Seigel (in Wait ,1959) menyatakan kemampuan untuk mengecas, sebagai:

M ={Lim V(t) Lim V(t)}/ Lim V(t)

t(~ t(0 t(~

Menurut teori transformasi Laplace ,sbb:

Lim V(t) = J dan Lim V(t) = J..

Dimana adalah keresistenan pada frekuensi yang sangat tinggi dan J adalah berat jenisnya.Sehingga diyakini ,rumusnya

Dalam situasi praktis hubungan sederhana seperti ini tidak valid, karena dampak analisis teoritis IP yang tepat tidak ada, Karena hitungan tidak dibuat pada d.c. dan VHF di masing-masing sistem IP, sehingga secara umum tidak mungkin untuk merubah sssatu hasil ke hasil yang lain.

9.3.5. Investigasi Laboratorium.

Kegiatan laboratorium tentang hal tersebut telah dilakukan dari 20 tahun yang lalu tentang polarisasi batuan dan mineral,efek dari konsentrasi elektrolitik,temperatur dan tekanan ,variasi mineral ukuran kecil dan konsentrasi, berat jenis awal dan tipe-tipe dari mineral.

Penting bahwa hambatan input detector yang terhubung dengan elektroda yang potensialnya sangat tinggi (>=10 M ) dibandingkan degan tekanan yang terlihat sbb juga tekanan pada C1-C2 (