induced polarization

Induced Polarization

Putra ArmadaniRenado AnggaraLantip AdiAbdul AzizBimo respatihAlvin syahril wMetode induced polarisasi Metode induced polarisasi atau polarisasi terimbas adalah salah satu metode geofisika yang pada umumnya digunakan untuk eksplorasi base metal dan logam. Metode induced polarisasi ini termasuk di dalam metode geolistrik. Dimana prinsipnya hampir sama yaitu dengan menginjeksika aruas melalui dua elektroda arus. Besar arus yang diinjeksikan dicata dan dua elektroda potensial digunakan untuk mengukur potensial yang dihubungkan dengan voltmeter.

Fenomena Induced PolarisasiSecara praktek, fenomena polarisasi terimbas dapat diterangkan dengan menggunakan empat elektroda A, B, M, dan N. Dimana A dan B sebagai elektroda arus yaitu digunakan untuk menginjeksikan arus ke dalam tanah sedangkan M dan N sebagai elektroda potensial yang digunakan untuk mengukur besarnya beda potensial.Pada beberapa kasus, perbedaan potensial yang terukur tidak langsung naik atau turun secara drastis sesaat setelah arus diinjeksikan atau di matikan. Kurva variasi perbedaan potensial terhadap waktu yang dihasilkan berbentuk asimtotik dengan perbedaan potensial (V) mendekati tak hingga atau nol.

Sumber Efek Induced PolarisasiSelama arus dialirkan ke dalam tanah, maka terjadi penyimpanan energi di dalam material yang dialiri oleh arus. Secara teori, penyimpanan ini akan terjadi dalam berbagai bentuk energi yaitu energi mekanik, energi listrik dan energi kimia. Namun dari hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa energi kimia ini mempunyai pengaruh yang cukup besar dalam proses terjadinya fenomena induced polarisasi.

Energi kimia ini tersimpan sebagai hasil dua peristiwa

Variasi mobilitas ion dalam cairan sepanjang struktur batuan . Peristiwa ini akan menghasilkan suatu efek yang disebut dengan membran or electrolyte polarization atau normal IP effect. Peristiwa pertama ini dapat terjadi jika batuan tidak mengandung mineral metal (metallic mineral).

Variasi ion dan konduktivitas elektronikPeristiwa ini dipengaruhi oleh keberadaan mineral logam dalam batuan, yang akan menimbulkan efek yang disebut dengan elektrode polarization or overvoltage.

Timbulnya Polarisasi Pada Batuan

Polarisasi Membran Polarisasi membran terjadi pada pori-pori batuan yang mengandung mineral lempung yang bermuatan negatif yang mengalami kontak dengan larutan. Karena muatannya negatif, mineral lempung akan mampu menarik ion-ion positif sehingga membentuk awan positif disekitar permukaannya dan meluas pada elektrolit. Penumpukan muatan ini akan menghambat jalannya arus listrik yang melaluinya sehingga terjadilah hambatan disepanjang pori-pori batuan yang mengandung mineral lempung. Dengan terbentuknya hambatan-hambatan berupa membran-membran, maka mobilitas ion akan berkurang sehingga terbentuklah gradien konsentrasi ion-ion yang menentang arus listrik yang melaluinya. Gejala ini menunjukkan adanya polarisasi.

Gambar 1. (a) Keadaan normal ion pada batupasir porous sebelum ada arus, (b) Polarisasi membran pada batupasir sesudah dialiri arus. Sumber: M. Telford (1990;704Polarisasi ElektrodePolarisasi elektrode adalah polarisasi yang terjadi jika mineralnya konduktif dari batuan kontak dengan larutan didalam pori-pori batuan. Mineral batuan yang mengandung mineral konduktif dipandang sebagai suatu elektrode yang berada di dalam elektrolit, sehingga mula-mula akan terjadi proses oksidasi dan reduksi (reaksi redoks) karena timbulnya beda potensial antara mineral konduktif dengan larutan sampai terjadi keseimbangan. Dalam keadaan setimbang ini akan terjadi proses penggabungan dan pelepasan muatan antara logam dan larutan dalam jumlah yang sama, dan sama sekali tidak ada arus yang mengalir. Apabila ada gangguan luar, misalnya pengaruh arus yang dialirkan, maka keadaan setimbang akan terganggu sehingga akan timbul polarisasi pada elektrolit yang dikenal sebagai polarisasi elektrodeGambar 2. Efek polarisasi pada batuan. Gerak muatan di dalam elektrolit pada pori-pori (atas). Sumbatan oleh mineral logam menyebabkan polarisasi elektroda pori (bawah). Sumber: M. Telford (1990;704)

Prinsip Pengukuran

Ada dua cara pengukuran dengan menggunakan metode induced polarisasiPengukuran dalam kawasan waktu (Time Domain Measurement)Pengukuran dalam kawasan frekuensi (Frequency domain measurement)

Pengukuran dalam kawasan waktu (Time Domain Measurement)

Pengukuran dalam kawasan waktu ini menggunakan arus DC. Prinsip pengukuran dalam kawasan waktu adalah dengan mengalirkan arus listrik berbentuk persegi panjang melalui sepasang elektrode arus dan mengukur beda potensial yang timbul pada sepasang elektrode potensial setelah arus utama dimatikan, sehingga sampai ketingkat tanggap atau respon sekunder dan meluruh terhadap waktu.

Besaran pengukur derajat terpolarisasi pengukuran dalam kawasan waktu

Milivolt per volt dan prosen Induced Polarization (IP)Milivolt per volt dan prosen induced polarisasi merupakan besaran pengukur derajat terpolarisasi yang paling sederhana, yaitu mengukur tegangan residual pada waktu tertentu setelah arus diputuskan. Tegangan residual ini sangat kecil sehingga umumnya dinyatakan dalam milivolt, sedangkan tegangan normal dalam volt. Akibatnya efek IP yang timbul sering dinyatakan dalam milivolt per volt (mV/V).

ChargeabilityChargeability merupakan besaran makro yang tergantung pada jenis bahan dan selang waktu pengukuran, yang dapat didefinisikan : (1) Dengan V1 adalah tegangan polarisasi pada saat arus diputus sedangkan Vo adalah tegangan pada arus mengalir. Namun, dalam prakteknya sulit menentukan V1 tetapi kita hanya dapat menentukan tegangan residual, V(t) pada waktu yang singkat setelah arus diputuskan sehingga persamaan (1) dapat dituliskan :(2)

Pengukuran dalam kawasan frekuensiPengukuran dalam kawasan frekuensi ini menggunakan arus AC. Prinsipnya adalah dengan mengalirkan arus listrik ke dalam tanah dalam dua frekuensi yang berbeda dalam waktu tertentu. Alasan penggunaan dua frekuensi yang berbeda ini adalah bahwa setiap bahan memiliki tanggap atau respon yang berbeda untuk jenis arus tertentu yang sama frekuensinya. Tegangan yang dihasilkan mencerminkan sifat polarisasi bahan yang bersangkutanNote : frekuensi yang digunakan dalam frequency domain measurement berkisar antara 0,1 sampai 10 HzBesarnya pengukuran derajat terpolarisasi a.Percent Frequency Effect (PFE)Percent Frequency Effect (PFE) merupakan hubungan antara efek frekuensi dengan jumlah kandungan mineral sulfida (logam). Definisi Frequency Effect dan Percent Frequency Effect dapat dilihat pada persamaan (3) dan (4), yaitu :(3)

(4)

KeteranganDengan DC adalah resistivitas yang diukur dengan menggunakan arus DC dan AC merupakan resistivitas yang diukur dengan menggunakan arus AC. Namun pada prakteknya pengukuran dalam kawasan frekuensi dibuat dengan cara mengukur arus pada dua atau lebih frekuensi dalam range 0.1 10 Hz, dengan memakai asumsi DC adalah resistivitas yang diukur pada frekuensi rendah sedangkan AC adalah resistivitas yang diukur pada frekuensi tinggi. Note : Hal-hal yang dapat mempengaruhi nilai PFE adalah ukuran mineral konduktif, volume mineral terhadap kedalaman mineral dan tahanan rata-rata batuan background.

Metal Faktor (MF)Efek induced Polarization (IP Effect) bervariasi terhadap resistivitas efektif dari host rock, tipe elektrolit, suhu, ukuran pori dan lain-lain. Parameter Metal Faktor (MF) ini yang pertama kali diperkenalkan oleh Marshall&Madden (1959) digunakan untuk mengkoreksi beberapa variabel di atas. Parameter Metal Faktor (MF) ini didefinisikan melalui persamaan (5), yaitu :(5)

dengan satuan MF adalah mhos/ft atau mhos/m. Parameter Metal Faktor (MF) berguna untuk mendefinisikan daerah yang memiliki kandungan sulfida yang konduktif dan polarisabel yang ditunjukkan oleh harga PFE yang lebih tinggi dan DC yang lebih rendah daripada lingkungannya

Pengukuran Sudut Phase (Phase Angle Measurement)Pengukuran sudut fase ini dilakukan dengan mengukur perbedaan sudut fase antara sinyal tegangan yang diterima dan masukan bentuk gelombang (waveform) arus, dengan memakai asumsi bentuk gelombangnya adalah sinusoidal.Pada tahanan jenis, sudut fase adalah arcus tangen antara perbandingan komponen imajiner tahanan jenis dengan komponen realnya, didefinisikan di (6) :

(6)

Efek Gangguan dalam Pengukuran Metode Induced PolarisasiUntuk memperoleh hasil pengukuran yang akurat, maka data yang pengukuran harus diusahakan bebas dari noise. Namun, hal ini tidaklah mungkin karena di alam noise tidak dapat dihilangkan. Untuk itu, kita harus mengenal beberapa efek gangguan dalam pengukuran metode induced polarisasi sehingga kita akan mendapatkan data lapangan yang seminimal mungkin dipengaruhi oleh noise (good signal to noise ratio).Pengukuran dalam Kawasan WaktuStray currentStray current ini berupa arus yang mempunyai frekuensi rendah, hanya beberapa Hz saja. Keberadaan stray current ini sangat berpengaruh terhadap keakuratan data hasil pengukuran.

Self PotensialKeberadaan Self Potensial di alam diakibatkan oleh adanya vein-vein logam tertentu atau adanya fenomena filtrasi elektro. Arus alam ini akan menghasilkan perbedaan potensial yang besarnya dapat mencapai puluhan milivolt.Untuk meminimalisir efek self potensial dalam pengukuran dengan menggunakan metode induced polarisasi, maka yang harus dilakukan adalah tetap menjaga sinyal masukan tetap dalam batas skala pengukuran.

Noise yang ditimbulkan oleh elektrodaSebelum dilakukan akuisisi data pada pengukuran dalam kawasan waktu, harus terlebih dahulu dipastikan bahwa elektrode potensial telah ditanamkan cukup dalam di dalam tanah. Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya fenomena elektrokimia pada saat terjadinya kontak antara elektrode dengan tanah.

Arus tellurikKeberadaan arus tellurik ini dapat menyebabkan terjadinya kesulitan dalam pengukuran. Hal ini disebabkan karena keberadaan arus tellurik ini dapat menyebabkan kurva asimtotik zero polarisasi terimbas mempunyai variasi yang konstan terhadap waktu, cenderung mengikuti fluktuasi arus tellurik.Untuk meminimalkan efek ini, sebaiknya dilakukan pembacaan harga potensial beberapa kali dan memperkecil waktu untuk satu kali siklus pembacaan dilakukan karena arus tellurik mempunyai periode yang cukup besar.

Noise akibat frekuensi dari arus di kabel pengukuran

Jika kabel yang digunakan untuk menyambung elektrode potensial dan receiver terlalu panjang maka dapat memungkinkan terjadinya induksi yang disebabkan oleh medan magnet alam.Untuk mencegah noise ini sebaiknya receiver berpindah untuk setiap stasiun sehingga kabel yang digunakan untuk menyambungkan elektroda potensial dan receiver dapat sependek mungkin.

Pengukuran dalam kawasan FrekuensiEfek gangguan (noise) yang dapat timbul pada pengukuran dalam kawasan frekuensi adalah adanya arus yang mempunyai frekuensi yang lebih tinggi (sekitar 50-60 Hz) dari frekuensi yang digunakan dalam pengukuran metode induced polarisasi. Gangguan ini akan muncul, terutama, jika daerah penelitian merupakan kawasan industri.

Konfigurasi Elektrode Akuisisi Data Metode Induced PolarisasiKonfigurasi elektrode yang sering digunakan dalam akuisisi data metode induced poloarisasi adalah konfigurasi dipole-dipole. Konfigurasi ini menggunakan dua elektrode arus (A dan B) dan dua elektrode potensial (M dan N). Disebut dipole-dipole karena, misalkan l1 = AB, l2 = MN dan L =xy spasi dengan x adalah titik tengah antara dua elektrode potensial (MN) dan y adalah titik tengah antara dua elektrode arus (AB). Dalam prakteknya, sering digunakan simmetrical dipole-dipole array (konfigurasi dipole-dipole simetri) karena l1=l2 dan BM = xy l= L l =nl.

Pseudodepth SectionPseudodepth Section merupakan gambaran penampang vertikal dari suatu irisan dimana terdapat titik-titik ploting (plotting points) yang digambarkan dalam suatu kedalaman yang berbeda berdasarkan posisi elektrode arus dan elektrode potensial. Titik tersebut membentuk suatu sudut sebesar 45oyang terletak antara posisi tengah receiver dan posisi transmitter yang berubah-ubah dengan kerapatan n. Hasil pengolahan data dapat ditampilkan dalam bentuk Pseudodepth Section yang mana besarnya tahanan jenis semu (apparent resistivity) tergantung pada jarak spasi elektrode yang digunakan

Besarnya penetrasi yang didapatkan pada suatu kedalaman tertentu adalah :Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 1 adalah

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 2 adalah

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 3 adalah aa

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 4 adalah 2a2a

Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 5 adalah