geolistrik dengan konfigurasi schlumberger

7 Mei 2014

Praktikum Instrumentasi Geofisika Model Fisis Metode Geolistrik

Universitas Gadjah Mada GEOFISIKA

Praktikum Instrumentasi Geofisika Praktikum Metode Geolistrik

Model Fisis Metode Geolistrik

Bab I

Pendahuluan

A. Latar Belakang

Metode geolistrik resistivitas adalah salah satu metode yang cukup banyak

digunakan dalam dunia eksplorasi khususnya eksplorasi air tanah karena resistivitas

dari batuan sangat sensitif terhadap kandungan airnya. Sebenarnya ide dasar dari

metode ini sangatlah sederhana, yaitu dengan menganggap bumi sebagai suatu

resistor.

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.

Berdasarkan pada tujuan penyelidikan, metode resistivitas dibedakan menjadi

dua yaitu mapping dan sounding. Metode geolistrik resistivitas mapping merupakan

metode resistivitas yang bertujuan mempelajari variasi rasistivitas lapisan bawah

permukaan secara horisontal. Oleh karena itu, pada metode ini digunakan jarak spasi

elektrode yang tetap untuk semua titik datum di permukaan bumi. Sedangkan metode

resistivitas sounding bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas lapisan bawah

permukaan bumi secara vertikal. Pada metode ini pengukuran pada satu titik ukur

dilakukan dengan cara mengubah-ubah jarak elektrode. Pengubahan jarak elektrode

tidak dilakukan secara sembarang, tetapi mulai jarak elektrode kecil kemudian

membesar secara gradual. Jarak elektrode ini sebanding dengan kedalaman lapisan

yang terdeteksi.

B. Tujuan

Tujuan praktikum ini adalah melakukan eksperimen dengan model

laboratorium untuk metode geolistrik.


Bab II

Dasar Teori

Dasar Teori

Penggunaan geolistrik pertama kali dilakukan oleh Conrad Schlumberger pada tahun

1912. Geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui perubahan

tahanan jenis lapisan batuan di bawah permukaan tanah dengan cara mengalirkan arus listrik

DC (‘Direct Current’) yang mempunyai tegangan tinggi ke dalam tanah. Injeksi arus listrik

ini menggunakan 2 buah ‘Elektroda Arus’ A dan B yang ditancapkan ke dalam tanah dengan

jarak tertentu. Semakin panjang jarak elektroda AB akan menyebabkan aliran arus listrik bisa

menembus lapisan batuan lebih dalam.

Dengan adanya aliran arus listrik tersebut maka akan menimbulkan tegangan listrik di

dalam tanah. Tegangan listrik yang terjadi di permukaan tanah diukur dengan penggunakan

multimeter yang terhubung melalui 2 buah ‘Elektroda Tegangan’ M dan N yang jaraknya

lebih pendek dari pada jarak elektroda AB. Bila posisi jarak elektroda AB diubah menjadi

lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada elektroda MN ikut berubah sesuai dengan

informasi jenis batuan yang ikut terinjeksi arus listrik pada kedalaman yang lebih besar.

Dengan asumsi bahwa kedalaman lapisan batuan yang bisa ditembus oleh arus listrik

ini sama dengan separuh dari jarak AB yang biasa disebut AB/2 (bila digunakan arus listrik

DC murni), maka diperkirakan pengaruh dari injeksi aliran arus listrik ini berbentuk setengah

bola dengan jari-jari AB/2.

Cara Kerja Metode Geolistrik


Umumnya metoda geolistrik yang sering digunakan adalah yang menggunakan 4 buah

elektroda yang terletak dalam satu garis lurus serta simetris terhadap titik tengah, yaitu 2

buah elektroda arus (AB) di bagian luar dan 2 buah elektroda tegangan (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.

Bab III

Metode Eksperimen

A. Alat dan Bahan

Kotak kaca eksperimen

Medium uji

Elektroda berupa jajaran jarum

Potensiometer

Voltmeter

Ampermeter

Kabel

Power supply

Skema Percobaan

Voltmeter Ampermeter Power Supply


Tata Laksana

1. Alat dan bahan dirangkai seperti pada skema percobaan

2. Power supply di hidupkan

3. Elektroda tegangan dipasang ditengah pada jarak yang dekat (MN)

4. Elektroda arus dipasang di sisi luar elektroda tegangan (AB)

5. Voltmeter dikalobrasi dengan potensiometer

6. Besar teganagan dan arus yang terukur dicatat sesaat setelah elektroda arus

dipasang

7. Voltmeter dikalibrasi untuk setiap pengambilan data

8. Jarak MN diubah jika perbandingan MN/2 dibagi AB/2 mendekati 0,1

9. Jarak AB divariasikan hingga akhir lintasan

Bab IV

Data dan Analisa Data

Data

No AB/2 (cm) MN/2 (cm) V (volt) I (ampere)

1 2.5 0.5 417 7.0

2 3.5 0.5 213 6.9

3 4.5 0.5 131 6.7

4 4.5 1.5 350 6.5

5 5.5 1.5 261 6.5

6 6.5 1.5 176 6.4

7 7.5 1.5 155 6.4

8 8.5 1.5 128 6.4

9 9.5 1.5 105 6.4

10 10.5 1.5 92 6.3

11 11.5 1.5 81 6.2

12 12.5 1.5 72 6.2

13 13.5 1.5 63 6.1

14 14.5 1.5 58 6.0

15 14.5 2.5 106 6.1

16 15.5 2.5 100 6.1

17 16.5 2.5 91 5.9

18 17.5 2.5 77 5.6

19 18.5 2.5 70 5.5

20 19.5 2.5 70 6.0


Analisa Data

𝐴𝐵

2= 𝐿 𝑘 =

𝜋𝐿2

2𝑆 𝜌𝑎𝑝𝑝 = 𝑅 𝑥 𝑘

𝑀𝑁

2= 𝑆 𝑅 =

𝑉

𝐼

Syarat perpindahan elektroda MN

𝑀𝑁

2𝐴𝐵2

⁄ ≥ 0.1

Grafik Eksperimen

Pembahasan

Kelebihan dan kelemahan konfigurasi Schlumberger

Perbedaan konfigurasi Schlumberger dengan konfigurasi Wenner dan Dipole-

dipole

𝐴𝐵

2

𝜌𝑎𝑝𝑝


Bab V

Perhitungan dan Pembahasan

Perhitungan

No AB/2 (cm) MN/2 (cm) V (volt) I (ampere) R (ohm) k Ρ_app

1 2.5 0.5 417 7.0 59.57 19.62 1169.09

2 3.5 0.5 213 6.9 30.87 38.46 1187.39

3 4.5 0.5 131 6.7 19.55 63.58 1243.23

4 4.5 1.5 350 6.5 53.86 21.19 1141.27

5 5.5 1.5 261 6.5 40.15 31.66 1271.34

6 6.5 1.5 176 6.4 27.50 44.22 1216.09

7 7.5 1.5 155 6.4 24.22 58.87 1425.88

8 8.5 1.5 128 6.4 20.00 75.62 1512.43

9 9.5 1.5 105 6.4 16.41 94.46 1549.76

10 10.5 1.5 92 6.3 14.60 115.39 1685.13

11 11.5 1.5 81 6.2 13.06 138.42 1808.41

12 12.5 1.5 72 6.2 11.61 163.54 1899.19

13 13.5 1.5 63 6.1 10.33 190.75 1970.09

14 14.5 1.5 58 6.0 9.67 220.06 2127.26

15 14.5 2.5 106 6.1 17.38 132.04 2294.41

16 15.5 2.5 100 6.1 16.39 150.81 2473.39

17 16.5 2.5 91 5.9 15.42 170.97 2637.04

18 17.5 2.5 77 5.6 13.75 192.32 2644.47

19 18.5 2.5 70 5.5 12.73 214.93 2735.51

20 19.5 2.5 70 6.0 11.67 238.78 2785.96

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1 10 100

ρ_a

pp

Ω.m

Jarak AB/2

Grafik ρ_app vs Jarak AB/2


Pembahasan

Metode yang digunakan adalah dengan pengamatan langsung dan untuk analisa data

adalah metode grafik dengan perhitungan melihat perubahan nilai arus dan teganggan karena

perubahan jarak elektroda. Kelebihan dari metode ini adalah metode ini dapat memberikan

gambaran mengenai sebaran data hasil eksperimen. Grafik juga akan memberikan gambaran

daripada beda tahanan di bawah lapisan. Namun demikian, metode grafik juga memiliki

kekurangan yaitu bila datanya tersebar secara tidak beraturan maka akan sulit dalam

menentukan gambaran dari lapisan-lapisan dibawah dalam hal ini resistivitas medium.

Terdapat beberapa metode yang digunakan dalam percobaan geolistrik seperti

konfigurasi Schlumberger, konfigurasi Wenner dan konfigurasi dipole-dipole.

1. 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.

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.

2. Konfigurasi Wenner

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.

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.

Metode yang digunakan dalam praktikum ini adalah mengunakan konfigurasi

Schlumberger. Grafik yang dihasilkan adalah grafik logaritma ganda dengan jarak AB/2

sebagai sumbu-X dan tahanan jenis semu sebagai sumbu Y. Pada prinsipnya, pengukuran

metode resistivitas dilakukan dengan mengalirkan arus melalui elektrode C1 dan C2 dan

pengukuran beda potensial pada P1 dan P2. Jika diasumsikan bahwa bumi homogen isotropis,

maka tahanan jenis yang diperoleh adalah tahanan jenis yang sebenarnya dan tidak

tergantung pada spasi elektrode. Namun, pada kenyataannya bumi tersusun atas lapisan-

lapisan dengan resistivitas yang berbeda-beda, sehingga potensial yang terukur merupakan

pengaruh lapisan-lapisan tersebut. Harga resistivitas yang diukur seolah-olah merupakan

harga resistivitas untuk satu lapisan saja. Sehingga resistivitas yang terukur adalah resistivitas

semu.

Grafik yang diperoleh menunjukkan adanya perbedaan medium. Hal itu dapat

diketahui karena besar nilai dari resistivitasnya yang berubah. Injeksi arus listrik

menggunakan 2 buah ‘Elektroda Arus’ A dan B yang ditancapkan ke dalam tanah dengan

jarak tertentu. Semakin panjang jarak elektroda AB akan menyebabkan aliran arus listrik bisa

menembus lapisan batuan lebih dalam. Grafik menunjukkan dengan semakin jauh jarak

elektroda arus, besar nilai resistivitasnya juga meningkat. Grafik juga dapat memperkirakan

bahwa dibawah terdapat tiga medium yang berbeda berdasarkan resistivitasnya, yaitu 1000-

1500, 1500-2000 dan 2000-2700.

Dalam percobaan yang dilakukan di laboratorium, medium dapat terlihat jelas dengan

mata karena berada dalam kotak kaca. Medium yang terlihat adalah air dan pasir.

Berdasarkan beberapa sumber resistivitas untuk air adalah 0.5-300 Ohm.m sedangkan untuk

pasir adalah 500-5000 Ohm.m . Terdapat perbedaan hasil antara perhitungan data percobaan

dengan referensi. Perbedaan ini dapat terjadi karena kurang ketelitian dalam melihat factor

pengali alat ataupun beberapa factor yang terlewatkan dan kesalahan juga dapat diakibatkan

dari alat yang digunakan dalam percobaan.


Bab VI

Kesimpulan

Metode geolistrik digunakan dalam eksplorasi air tanah

Grafik menghasilkan tiga rentang resistivitas yaitu 1000-1500 Ohm.m , 1500-2000

Ohm.m dan 2000-2700 Ohm.m

Kelebihan dan kekurangan konfigurasi Schlumberger

Kelebihan

Teknis lapangan mudah

Dapat mendeteksi non-homogenitas lapisan batuan

Pengolahan data mudah

Baik untuk studi regional

Kekurangan

Harus dilakukan pada dataran yang luas

Kurang sensitive pada perubahan lateral

Bab VII

Daftar Pustaka

Drs. Suparwoto, M.Sc. & Rakhman, Afif, S.Si., M.T. 2014. MODUL PRAKTIKUM

INSTRUMENTASI GEOFISIKA. Lab. Geofisika. Fakultas MIPA UGM.

http://geologi.iagi.or.id/2014/04/14/aplikasi-geolistrik-untuk-eksplorasi-hidrogeologi/

http://ptbudie.wordpress.com/2010/12/24/geolistrik/

http://trisusantosetiawan.wordpress.com/2011/01/04/metode-geolistrik-resistivitas/

http://geologi.iagi.or.id/2014/04/14/aplikasi-geolistrik-untuk-eksplorasi-hidrogeologi/

http://ptbudie.wordpress.com/2010/12/24/geolistrik/

geolistrik dengan konfigurasi schlumberger

Documents