modul praktikum geolistrik

46
PENDAHULUAN Modul pratikum ini akan menjelaskan dan membahas tentang cara pengukuran dan pengolahan data geofisika dengan menggunakan metoda geolistrik. Metoda ini adalah salah satu metoda yang ada dalam bidang geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi. Sifat ini dipelajari dengan melakukan pengukuran di atas dan di bawah (logging) permukaan bumi yang meliputi pengukuran medan potensial dan arus, baik yang terjadi baik secara alamiah maupun akibat penginjeksian arus ke dalam bumi. Metoda geolistrik ini terdiri dari metoda tahanan jenis (Resistivity), potensial diri (Self Potential) dan polarisasi terinduksi (Induced Polarization). Di dalam modul pratikum ini, metoda yang digunakan dibatasi pada metoda tahanan jenis dan potensial diri yang pengukurannya dilakukan di permukaan, kemudian dilanjutkan dengan pengukuran yang dilakukan di bawah permukaan dalam lubang bor (logging). Untuk metoda polarisasi terinduksi dikarenakan peralatan yang memadai belum ada, maka metoda ini belum dapat dipratikumkan. Pengukuran di atas permukaan terdiri dari enam modul, yaitu metoda tahanan jenis empat modul (modul metoda tahanan jenis 1D, 2D, 3D dan Mise-a-la-masse) dan metoda potensial diri dua modul (modul metoda mapping dan gridding). Sedangkan pengukuran di dalam lubang bor terdiri dari dua modul, yaitu modul penentuan saturasi air formasi dan penentuan porositas batuan formasi. 1

Upload: afrizal-ranger-ikhwan

Post on 28-Oct-2015

544 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

Modul praktikum geolistrik

TRANSCRIPT

Page 1: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

PENDAHULUAN

Modul pratikum ini akan menjelaskan dan membahas tentang cara pengukuran

dan pengolahan data geofisika dengan menggunakan metoda geolistrik. Metoda ini

adalah salah satu metoda yang ada dalam bidang geofisika yang mempelajari sifat aliran

listrik di dalam bumi. Sifat ini dipelajari dengan melakukan pengukuran di atas dan di

bawah (logging) permukaan bumi yang meliputi pengukuran medan potensial dan arus,

baik yang terjadi baik secara alamiah maupun akibat penginjeksian arus ke dalam bumi.

Metoda geolistrik ini terdiri dari metoda tahanan jenis (Resistivity), potensial diri (Self

Potential) dan polarisasi terinduksi (Induced Polarization).

Di dalam modul pratikum ini, metoda yang digunakan dibatasi pada metoda

tahanan jenis dan potensial diri yang pengukurannya dilakukan di permukaan, kemudian

dilanjutkan dengan pengukuran yang dilakukan di bawah permukaan dalam lubang bor

(logging). Untuk metoda polarisasi terinduksi dikarenakan peralatan yang memadai

belum ada, maka metoda ini belum dapat dipratikumkan.

Pengukuran di atas permukaan terdiri dari enam modul, yaitu metoda tahanan

jenis empat modul (modul metoda tahanan jenis 1D, 2D, 3D dan Mise-a-la-masse) dan

metoda potensial diri dua modul (modul metoda mapping dan gridding). Sedangkan

pengukuran di dalam lubang bor terdiri dari dua modul, yaitu modul penentuan saturasi

air formasi dan penentuan porositas batuan formasi.

Dalam satu kegiatan modul pratikum, pratikan diwajibkan mengikuti tes

pendahuluan yang dilakukan sebelum pratikum dimulai, membuat laporan pendahuluan

yang dikumpulkan sebelum pratikum dimulai, mengikuti pratikum dan membuat laporan

akhir dari kegiatan pratikum. Laporan akhir dikumpulkan paling lambat satu minggu dari

kegiatan pratikum.

Di akhir modul pratikum ini dilampirkan prosedur penggunaan alat

Resistivitimeter dan Mini data logger. Dengan demikian sebelum pratikum dimulai

pratikan dapat mempelajari terlebih dahulu peralatan yang akan digunakan. Sehingga

kesalahan prosedur pengukuran seminimal mungkin dapat dihindarkan.

1

Page 2: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

KONSEP DASARMETODA TAHANAN JENIS

A. Pengertian Metoda Tahanan Jenis

Metoda tahanan jenis merupakan salah satu metoda geolistrik yang mempelajari

sifat-sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan

bumi. Besaran fisis yang dipelajari adalah tahanan jenis batuan akibat adanya medan

potensial dan arus yang terjadi di bawah permukaan bumi. Pada dasarnya metode ini

didekati menggunakan konsep perambatan arus listrik di dalam medium yang homogen

isotropis, dimana arus listrik bergerak ke segala arah dengan nilai sama besar. Sehingga

jika terjadi penyimpangan dari kondisi ideal (homogen isotropis), maka penyimpangan

ini (anomali) yang justru yang diamati. Nilai tahanan jenis bawah permukaan ini

berhubungan dengan sifat fisis batuan (antara lain derajat saturasi air, porositas dan

permeabilitas formasi batuan) dan sejarah geologi batuan tersebut terbentuk.

Prinsip kerja dari metoda tahanan jenis ini adalah arus listrik diinjeksikan ke

dalam bumi melalui dua buah buah elektoda arus. Beda potensial yang terjadi diukur

melalui dua buah elektroda potensial, dari hasil pengukuran arus dan beda potensial

untuk setiap jarak elektroda tertentu, dapat ditentukan variasi harga tahanan jenis

masing-masing lapisan di bawah titik ukur.

Umumnya, metode ini hanya baik untuk ekplorasi dangkal dengan kedalaman

maksimuk sekitar 100 meter. Jika kedalaman lapisan lebih dari harga tersebut, maka

informasi yang diperoleh kurang akurat, hal ini disebabkan dengan bentangan yang yang

besar dengan maksud mendapatkan penetrasi kedalaman di atas 100 m, maka arus yang

mengalir akan semakin lemah dan tidak stabil akibat perubahan bentangan yang semakin

besar. Karena itu, metode ini jarang digunakan untuk eksplorasi dalam, sebagai contoh

untuk eksplorasi minyak. Metode tahanan jenis inu banyak digunakan di dalam

pencarian air tanah, memonitor pencemaran air dan tanah, eksplorasi geotermal, aplikasi

geoteknik, pencarian bahan tambang, dan untuk penyelidikan dibidang arkeologi.

B. Sifat Kelistrikan Batuan dan Mineral

Aliran konduksi arus listrik didalam batuan/mineral digolongkan atas tiga macam

yaitu konduksi dielektrik, konduksi elektrolitik, dan konduksi elektronik. Konduksi

dielektrik terjadi jika batuan/mineral bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik

2

Page 3: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

(terjadi polarisasi muatan bahan saat bahan dialiri listrik). Konduksi elektrolitik terjadi

jika batuan/mineral bersifat porus dan pori-pori tersebut terisi cairan-cairan elektrolitik.

Pada kondisi ini arus listrik dibawa oleh ion-ion elektrolitik. Kondisi elektronik terjadi

jika batuan/mineral mempunyai banyak elektron bebas sehingga arus listrik dialirkan

dalam batuan/mineral oleh elektron bebas.

Berdasarkan harga tahanan jenis (ρ) listriknya batuan/mineral digolongkan

menjadi tiga yaitu :

1. Konduktor baik : 10-8 < ρ < 1 Ω m

2. Konduktor buruk : 1 < ρ < 107 Ω m

3. Isolator : ρ > 107 Ω m

C. Perumusan Dasar Metoda Tahanan Jenis

Dalam metode geolistrik tahanan jenis ini digunakan definisi-definisi dasar listrik

berdasarkan hukum Ohm, secara umum adalah sebagai berikut:

Resistansi : ..........................................(1)

Resistivitas : ..........................................(2)

Konduktivitas : ..........................................(3)

Dimana :

V : beda potensial antara dua buah titik

I : besar arus listrik yang mengalir

E : medan listrik

J : rapat arus listrik (arus listrik persatuan luas)

Untuk silinder konduktor dengan panjang L dengan luas penampang A yang

dialiri arus I, dapat dituliskan sebagai berikut :

Gambar 1. Konduktor Dengan Panjang L dan Luas A (Lilik. H, 1998)

IA A A

L

3

Page 4: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Medan listrik E menimbulkan beda tegangan V yang dirumuskan

........... ..............................................................................(4)

Tahanan yang muncul dirumuskan dengan

..........................................................................................(5)

dari kedua persamaan di atas diperoleh persamaan tahanan jenis yaitu

..........................................................................................(6)

Dengan demikian dapat digarisbawahi bahwa yang dimaksud dengan resistansi

atau tahanan adalah besarnya hambatan yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir,

resistivitas atau tahanan jenis adalah kemampuan bahan untuk menghambat arus litrik

yang mengalir padanya. Sedangkan konduktivitas adalah kebalikan dari resistivitas atau

kemampuan bahan untuk mengalirkan arus yang melewatinya.

C.1. Aliran Arus Listrik Di Dalam Bumi

Pendekatan yang paling sederhana untuk mempelajari secara teoritis tentang

aliran listrik di dalam bumi adalah dengan menganggap bumi sebagai medium yang

homogen dan isotropis. Jika medium tersebut tersebut dialiri arus listrik searah (diberi

medan listrik E) maka elemen arus I yang melewati elemen luas A dengan kerapatan

arus J adalah : (Telfold dkk., 1990)

......................................................................................................(7)

Berdasarkan hukum Ohm, hubungan antara kerapatan arus listrik J dengan medan listrik

E dan konduktifitas medium dapat dinyatakan sebagai:

......................................................................................................(8)

Apabila E adalah medan konservatif, maka dapat dinyatakan dalam bentuk gradien

potensial V sebagai:

.......................................................................................................(9)

Subsitusiskan persamaan (8) ke persamaan (9), sehingga diperoleh kerapatan arus J

sebagai berikut

....................................................................................................(10)

Apabila tidak ada sumber muatan yang terakumulasi pada daerah regional, maka:

4

Page 5: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

atau ........................................................................................(11)

Untuk ruang homogen isotropi maka adalah konstanta skalar dalam ruang vektor,

sehingga persamaan (11) menjadi:

....................................................................................................(12)

yang merupakan persamaan Laplace. Ini adalah bentuk fungsi potensial harmonik

derajat dua. Persamaan tersebut juga berlaku pada kondisi batas dua medium yang

memiliki konduktivitas berbeda. Dengan menggunakan syarat batas misalnya dua

medium homogen isotropis dalam arah x dengan konduktivitas dan , berlaku:

................................................................(13)

dengan: = komponen tangensial medan listrik dalam arah x

= komponen normal medan listrik dalam arah z

V1 dan V2 adalah potensial pada medium 1 dan 2

Karena simetri bola , potensial hanya sebagai fungsi jarak r dari sumber, selanjutnya

persamaan (12) dapat ditulis:

........................................................................................(14)

atau ........................................................................................(15)

Pemecahan persaman tersebut dapat dilakukan melalui integral atau dengan pemecahan

persamaan diferensial. Dengan mengintegralkan dua kali jawaban umum persamaan

Laplace untuk kasus ini adalah seperti persamaan (16) dibawah ini:

V = - ....................................................................................................(16)

dengan A dan B adalah konstanta integrasi yang nilainya bergantung pada syarat batas.

Untuk r , maka V= 0, sehingga diperoleh B=0, maka persaman (16) menjadi :

V = - ....................................................................................................(17)

jadi beda potensial listrik (V) yang terjadi mempunyai nilai yang berbanding terbalik

dengan jari-jari atau jarak bidang eqipotensial dari titik sumber (r).

C.1.1. Elektroda Arus Tunggal di Permukaan

5

Page 6: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Misalkan titik elektroda C(0,0) terletak dipermukaan bumi homogen isotropis dan

udara diatasnya dianggap mempunyai konduktivits nol, kemudian diinjeksikan arus I

amper kedalam bumi. Secara geometris, persamaan Laplace dalam kordinat bola dapat

diterapkan pada kasus ini dan diperoleh kembali solusi yang diberikan oleh persamaan

(16) dengan konstanta B=0. Kondisi bidang batas pada z=0 dengan anggapan ,

maka: (Telford, 1990)

........................................................................................(18)

, ............................................(19)

Dalam hal ini arus mengalir melalui permukaan setengah bola menjadi:

I = 2 ................................................................(20)

dengan demikian konstanta integrasi A untuk setengah bola yaitu:

....................................................................................................(21)

Sehingga diperoleh:

atau ................................................................(22)

Dengan J adalah rapat arus, adalah konduktivitas, A adalah luas penampang bola, V

adalah potensial, I adalah arus listrik dan adalah tahanan jenis.

Persamaan (22) merupakan persamaan equipotensial permukaan setengah bola

yang berada di bawah permukaan tanah seperti pada Gambar 2 di bawah ini.

Gambar 2. Sumber arus berupa titik pada permukaan bumi homogen (Telford dkk., 1990).

6

Page 7: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

C.1.2. Dua Elektroda Arus di permukaan bumi

Apabila jarak antara dua elektroda arus tidak terlalu besar, potensial disetiap titik

dekat permukaan akan dipengaruhi oleh kedua elektroda arus tersebut (lihat Gambar 3).

Sehingga equipotensial yang dihasilkan dari kedua titik sumber ini bersifat lebih

kompleks dibandingkan sumber arus tunggal, akan tetapi pada daerah dekat sumber arus

mendekati bola. Bila dibuat penampang melalui sumber C1 dan C2, maka terlihat pola

distribusi bidang equipotensial seperti pada Gambar 4.

Gambar 3. Skema dua elekektroda arus dan dua elektroda potensial dipermukaan tanah yang homogen

isotropis (Telford dkk., 1990; Reynolds, 1997).

Perubahan potensial sangat drastis pada daerah dekat sumber arus, sedangkan

pada daerah antara C1 dan C2 gradien potensial kecil dan mendekati linier. Dari alasan

ini, pengukuran potensial paling baik dilakukan pada daerah diantara C1 dan C2 yang

mempunyai gradien potensial linier. Untuk menentukan perbedaan potensial antara dua

titik yang ditimbulkan oleh sumber arus listrik C1 dan C2, maka dua elektroda potensial

misalnya P1 dan P2 ditempatkan di dekat sumber seperti pada Gambar 3.

Gambar 4. Penampang tegak garis-garis equipotensial dan aliran arus untuk dua titik sumber arus di

permukaan tanah yang homogen (Telford dkk., 1990).

Dengan menerapkan persamaan (22), maka potensial pada pada titik P1 yang

disebabkan elektroda C1 adalah: (Telford dkk., 1990)

........................................................................................(23)

Karena arus pada kedua elektroda sama besar tetapi berlawanan arah, maka potensial di

titik P1 oleh elektroda C2 diperoleh:

7

Page 8: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

........................................................................................(24)

Sehingga potensial total pada titik P1 oleh C1 dan C2 dapat dituliskan sebagai:

............................................................................(25)

Dengan cara yang sama diperoleh potensial pada titik P2 oleh C1 dan C2 adalah;

............................................................................(26)

Akhirnya, diperoleh perbedaan potensial antara titik dan yaitu:

................................................................(27)

Di mana r1, r2, r3 dan r4 adalah besaran jarak, seperti dapat dilihat pada Gambar 3

Susunan seperti ini berkaitan dengan empat elektroda yang terbentang secara normal

digunakan dalam pekerjaan medan tahanan jenis.

Pada beberapa literatur, penurunan persamaan (27) dapat juga dituliskan dari

beda potensial pada elektroda M dan N yang terjadi akibat dua buah elektroda arus A dan

B dapat dilihat pada gambar 5 di bawah ini :

Gambar 5. Pasangan elektroda arus dan potensial yang umum digunakan dalam survei tahanan jenis.

Dari gambar diatas, potensial pada elektroda M oleh karena arus pada elektroda

A dan B dapat dinyatakan dengan :

...............................................................(28)

dan potensial di N akibat arus pada titik elektroda A dan B juga dapat dinyatakan dengan

...............................................................(29)

8

Page 9: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Beda potensial antara titik M dan N dapat dinyatakan :

........................................(30)

atau

................................................................(31)

dengan

....................................................(32)

Persamaan (27) dan persamaan (30) adalah sama. K disebut faktor geometri,

yaitu besaran koreksi letak kedua elektroda potensial terhadap letak kedua elektroda

arus.Faktor geometri sangat penting dalam pendugaan tahanan jenis. A adalah elektroda

arus 1 (C1), M adalah elektroda potensial 1 (P1), N adalah elektroda potensial 2 (P2) dan

B adalah elektroda arus 2 (C2).

C.2. Konfigurasi Elektroda dan Faktor Geometri

Gambar 6 memperlihatkan beberapa konfigurasi elektroda dan faktor geometri

yang dikenal dalam metoda tahanan jenis. (Loke, 2000).

Gambar 6. Beberapa konfigurasi elektroda yang digunakan dalam survei metoda geolistrik tahanan jenis dan faktor geometrinya. (Loke, 2000)

9

Page 10: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Dengan C1 dan C2 adalah elektoda-elektroda arus, P1 dan P2 adalah elektroda-

elektroda potensial, a adalah spasi elektroda, n adalah perbandingan jarak antara

elektroda C1 dan P1 dengan spasi “a” dipole C2-C1 atau P1-P2. L adalah panjang bentangan

maksimum. K adalah faktor geometri yaitu besaran koreksi letak kedua elektroda

potensial terhadap letak kedua elektroda arus.

C.3. Konsep Resistivitas Semu

Bumi diasumsikan mempunyai sifat homogen isotropis. Dengan asumsi ini,

resistivitas yang terukur merupakan resistivitas sebenarnya dan tidak tergantung atas

spasi elektroda. Pada kenyataannya, bumi terdiri dari lapisan-lapisan dengan ρ yang

berbeda-beda, sehingga potensial yang terukur merupakan pengaruh dari lapisan-lapisan

tersebut. Maka harga resistivitas yang terukur bukan merupakan harga resistivitas untuk

satu lapisan saja, hal ini terutama untuk spasi elektroda yang lebar.

Resistivitas semu ini dirumuskan dengan :

........................................................................................(33)

Dengan resistivitas semu (Apparent Resistivity) yang bergantung pada spasi

elektroda. Untuk kasus tak homogen, bumi diasumsikan berlapis-lapis dengan masing-

masing lapisan mempunyai harga resistivitas yang berbeda. Resistivitas semu merupakan

resistivitas dari suatu medium fiktif homogen yang ekivalen dengan medium berlapis

yang ditinjau. Sebagai contoh medium berlapis yang ditinjau misalnya terdiri dari dua

lapis yang mempunyai resistivitas berbeda (ρ1 dan ρ2) dianggap sebagai medium satu

lapis homogen yang mempunyai satu harga resistivitas semu ρa, dengan konduktansi

lapisan fiktif sama dengan jumlah konduktansi masimg-masing lapisan σa = σ1 + σ2.

Gambar 7. Konsep Resistivitas Semu Pada Medium Berlapis

D. Pemilihan Konfigurasi Elektroda

10

Page 11: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Pemilihan konfigurasi elektroda bergantung pada tipe struktur yang akan

dipetakan, sensitivitas alat tahanan jenis dan tingkat noise yang ada. Masing-masing

konfigurasi elektroda diatas mempunyai kelebihan dan kekurangan. Suatu permasalahan

mungkin lebih baik dilakukan dengan suatu jenis konfigurasi elektroda, tetapi belum

tentu permasalahan tersebut dapat dipecahkan jika digunakan jenis konfigurasi lainnya.

Oleh karena itu, sebelum dilakukan pengukuran, harus diketahui dengan jelas tujuannya

sehingga kita dapat memilih jenis konfigurasi yang mana yang akan dipakai.

Karakteristik yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan konfigurasi elektroda adalah

sensitivitas konfigurasi terhadap perubahan nilai tahanan jenis bawah permukaan secara

vertikal dan horizontal, kedalaman investigasi, cakupan data horizontal dan kuat sinyal.

Sensitivitas konfigurasi adalah suatu koefisien yang menggambarkan tingkat

perubahan nilai tahanan jenis bawah permukaan yang akan mempengaruhi potensial

yang terukur. Koefisien sensitivitas juga bergantung pada faktor geometri elektroda yang

akan digunakan.

Kedalaman investigasi adalah kemampuan konfigurasi elektroda dalam

memetakan kedalaman maksimum yang dapat ditembus. Untuk memperoleh kedalaman

maksimum yang dapat dipetakan, kalikan spasi elektroda ”a” maksimum atau panjang

bentangan maksimum ”L” dengan faktor kedalaman.

Cakupan data horizontal adalah kemampuan konfigurasi elektroda untuk

menghasilkan banyaknya data dalam arah lateral/horizontal, kemampuan ini sangat

berguna dalam survei 2D (Loke, 1999). Sedangkan yang dimaksud dengan kuat sinyal

adalah tingkat stabilitas tegangan yang dihasilkan oleh alat ukur tahanan jenis terhadap

peningkatan faktor geometri elektroda. Besarnya adalah berbanding terbalik dengan

faktor geometri yang digunakan.

E. Teknik Survei Metoda Tahanan Jenis

E.1. Metoda Tahanan Jenis 1-D

Teknik ini disebut juga dengan metoda sounding, biasanya digunakan untuk

menentukan perubahan atau distribusi tahahan jenis kearah vertikal medium bawah

permukaan dibawah suatu titik sounding. Pengukurannya adalah dengan cara memasang

elektroda arus dan potensial yang diletakkan dalam satu garis lurus dengan spasi tertentu.

Kemudian spasi elektroda ini diperbesar secara gradual (Gambar 8). Selanjutnya

memplot harga tahanan jenis semu hasil pengukuran versus spasi elektroda pada grafik

log-log. Survei ini berguna untuk menentukan letak dan posisi kedalaman benda

11

Page 12: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

anomali di bawah permukaan. (Virgo, 2003). Konfigurasi elektroda yang dipakai pada

metoda ini adalah konfigurasi Wenner, Wenner-Schlumbeger dan Dipole-Dipole.

Sedangkan hasil pengolahan data metoda 1-D ini dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 8. Teknik pengukuran metoda tahanan jenis 1-D (Virgo, 2003)

Gambar 9. Contoh distribusi nilai tahanan jenis dari hasil pengolahan data metoda 1-D (Virgo, 2007)

E.2. Metoda Tahanan Jenis 2-D

Metode ini disebut juga dengan metoda mapping, digunakan untuk menentukan

distribusi tahanan jenis semu secara vertikal per kedalaman. Pengukurannya dilakukan

dengan cara memasang elektroda arus dan potensial pada satu garis lurus dengan spasi

tetap, kemudian semua elektroda dipindahkan atau digeser sepanjang permukaan sesuai

dengan arah yang telah ditentukan sebelumnya (Gambar 10). Untuk setiap posisi

elektroda akan didapatkan harga tahanan jenis semu. Dengan membuat peta kontur

tahanan jenis semu akan diperoleh pola kontur yang menggambarkan adanya tahanan

jenis yang sama (Loke, 2000). Konfigurasi elektroda yang dipakai pada metoda ini

adalah konfigurasi Wenner, Wenner-Schlumbeger dan Dipole-Dipole. Sedangkan hasil

pengolahan data metoda 1-D ini dapat dilihat pada Gambar 11.

12

Page 13: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Gambar 10. Susunan elektroda dan urutan pengukuran geolistrik tahanan jenis 2-D (Loke, 2000)

Gambar 11. Contoh distribusi nilai tahanan jenis dari hasil pengolahan data metoda 2-D (Virgo, 2007)

E.3. Metoda Tahanan Jenis 3-D

Teknik ini sering disebut juga dengan metoda imaging, digunakan untuk

menentukan distribusi tahanan jenis semu secara vertikal dan lateral per kedalaman.

Pengukurannya dilakukan dengan cara membuat grid pada luas area yang akan diukur,

kemudian semua elektroda digerakkan sepanjang lintasan yang dibentuk oleh grid

tersebut. Salah satu cara pengukuran dapat dilihat pada Gambar 12. Penampang tahanan

jenis semu yang dihasilkan akan menggambarkan distribusi tahanan jenis dalam arah

vertikal dan lateral per kedalaman.

Dari nilai arus (I) dan tegangan (V) yang dirukur dapat dihitung nilai tahanan

jenis semu (a) untuk masing-masing kedalaman. Kemudian nilai a ini untuk masing-

masing posisi-XC dan posisi-YC untuk elektroda arus, serta posisi-XP dan posisi-YP untuk

elektroda tegangan nantinya digunakan sebagai parameter input dalam pengolahan data.

Hasil pengolahan data berupa penampang vertikal dan lateral dari nilai tahanan jenis

sebenarnya () terhadap kedalaman. Konfigurasi elektroda yang dipakai pada metoda ini

adalah konfigurasi pole-pole, pole-dipole dan dipole-dipole. Contoh distribusi nilai

13

Page 14: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

tahanan jenis dari hasil pengolahan data metoda 3-D dapat dilihat pada Gambar 13 di

bawah ini.

Gambar 12. Teknik pengukuran metoda tahanan jenis 3-D untuk gris 5 x 5 (Loke, 1999)

Gambar 13.a. Contoh distribusi nilai tahanan jenis dari hasil pengolahan data metoda 3-D untuk irisan

horizontal (Virgo, 200X).

14

Page 15: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Gambar 13.b. Contoh distibusi nilai tahanan jenis dari hasil pengolahan data metoda 3-D untuk irisan

vertikal (Virgo, 200X).

E.4. Teknik Survei Mise-a-la-masse

Menurut Reynold (1997) bahwa Mise-a-la-masse atau metode potensial benda

bermuatan (charge-body potential method) merupakan pengembangan dari metoda

tahanan jenis, yaitu suatu teknik pemetaan lateral atau disebut juga constan-separation

traversing (CST).

Pada metode ini, tekhnik yang digunakan adalah dengan menggunakan suatu

pasangan massa yang bersifat konduktif bawah permukaan itu sendiri sebagai satu

elektroda arus (C1), dan menghubungkannya secara langsung pada satu kutub (pole) dari

sumber voltase (P1). Elektroda arus kedua (C2) ditempatkan pada permukaan tanah pada

jarak yang cukup jauh dan dihubungkan dengan kutub voltase lainnya (P2). Tegangan

antara sepasang elektroda potensial diukur dengan koreksi tertentu untuk setiap potensial

diri.

Gambar 14. Metode Mise-a-la-masse (Reynold, 1997 dalam Virgo, 2005)

15

Page 16: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Arus yang diberikan dan voltase yang terbentuk pada titik-titik di permukaan

tanah dipetakan dengan memakai voltmeter sesuai dengan stasiun referensi. Distribusi

potensial ini akan merefleksikan geometri dari massa (tubuh anomali), sehingga

diharapkan dapat menghasilkan beberapa informasi mengenai bentuk dari tubuh massa.

Pada medium homogen yang ditutupi oleh konduktor, garis eqipotensial akan

terkonsentrasi disekitar konduktor (Gambar 14.A). Namun pada kenyataannya, garis

eqipotensial akan berbelok disekitar badan bijih konduktif yang bentuknya tak beraturan

(Gambar 14.B) dan dapat digunakan untuk membatasi ruang yang luas untuk melihat

gambaran yang lebih efektif daripada menggunakan metode pemetaan lateral. Metode

Mise-a-la-masse khususnya digunakan dalam mengecek apakah mineral konduktif

tertentu diisolasi oleh massa tertentu. Pada daerah yang topografinya kasar akan

dibutuhkan koreksi topografi (terrain corrections).

Gambar 14. (A) Distribusi garis eqipotensial disekitar elektroda arus,(B) Pembelokan garis ekipotensial oleh badan bijih(Reynold, 1997 dalam Virgo, 2005)

Metode interpretasi yang digunakan dalam metode Mise-a-la-masse dapat

dikelompokkan menjadi dua, yaitu: (1) hanya menggunakan variabel potensial, dan (2)

menggunakan nilai maksimum yang menunjukkan benda konduktif. Dalam kedua

tekhnik tersebut akan dikonversikan data potensial kedalam tahanan jenis semu dan

tegangan permukaan yang besar merupakan manifestasi dirinya sendiri yang

menggambarkan tahanan jenis yang tinggi. Secara matematis, hubungan tahanan jenis

semu dengan tegangan dapat dinyatakan dalam persamaan di bawah ini. Sedangkan hasil

pengolahan data metoda 1-D ini dapat dilihat pada Gambar 14.

.........................................................................................(34)

16

Page 17: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Dimana :

ρa = Tahanan jenis semu

x = Jarak antara C1 dan P1

V = Tegangan

I = Arus listrik

Gambar 14. Contoh distribusi nilai tahanan jenis dari hasil pengolahan data metoda Mise-a-la-masse (Virgo, 2007).

F. Pemodelan Ke Depan (Forward) dan Inversi (Inverse)

Pemodelan data geofisika terdiri dari dua, yaitu pemodelan ke depan (forward)

dan pemodelan inversi. Pemodelan ini dilakukan untuk menggambarkan data geofisika

berdasarkan fungsi matematis yang berhubungan dengan struktur dan sifat fisika bumi.

Pemodelan ke depan adalah pemodelan yang dilakukan untuk menghitung respon

(data) pengukuran jika sifat fisika dan struktur geologi bumi diketahui (lihat Gambar 15).

Untuk metoda tahanan jenis, pemodelan forward digunakan untuk menggambarkan nilai

potensial pada tiap titik sebagai fungsi dari konduktivitas, geometri dan arus listrik

(Oldenburg, 1998).

17

Page 18: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

(a)

(b)

Gambar 15. (a) Ilustrasi pemodelan ke depan. F adalah operator pemetaan, m adalah fungsi yang menggambarkan model bumi, dan d adalah data pengukuran (Oldenburg, 1998). (b) Diagram alir proses

pemodelan ke depan.

Jika data dan model masing-masing dinyatakan oleh vektor berikut, (Menke,

1989)

d = [d1, d2, d3,…., dN]T ; m = [m1, m2, m3,…., mM]T ...........................(35)

maka secara umum hubungan antara data dan model dapat dinyatakan oleh,

d = g(m) ........................................................................................(36)

dimana g merupakan fungsi pemodelan ke depan yang memetakan model menjadi

besaran dalam domain data. N adalah jumlah data dan M adalah jumlah parameter

model, T menyatakan transposisi karena besaran dengan beberapa komponen tersebut

umumnya dinyatakan dalam matriks kolom.

Untuk kasus dimana fungsi yang menghubungkan data dengan parameter model

adalah suatu fungsi linier, maka persamaan (36) dapat dinyatkan oleh;

d = G m atau =

....................................................(37)

dimana G adalah matriks (NxM) yang sering disebut sebagai matriks Kernel, yang juga

berfungsi untuk menghitung respon (data) dari suatu model. Parameter model m tidak

dapat diperoleh dengan melakukan inversi matriks G, karena matriks Kernel ini bukan

matriks bujursangkar.

18

Page 19: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Pemodelan invesi adalah pemodelan yang dilakukan untuk merekonstruksi model

bumi (distribusi parameter fisika) berdasarkan data hasil pengukuran (lihat Gambar 16).

Pemodelan inversi dapat dilakukan jika telebih dahulu telah dibuat pemodelan ke

depannya. (Oldenburg, 1998).

Model Space Data space

(a)

(b)

Gambar 16. (a) Ilustrasi pemodelan inversi. F adalah operator pemetaan ke depan, m adalah fungsi yang menggambarkan model bumi, dan d adalah data pengukuran (Oldenburg, 1998; 6). (b) Diagram alir proses

pemodelan inversi.

Perkalian matriks pada persamaan (37) dapat dinyatakan dalam bentuk

komponen-komponennya menggunakan notasi:

di = Gij mj ; i = 1, 2,...., N ....................................................(38)

Penyelesaian permasalahan inversi adalah memperkirakan parameter model m

yang memiliki respon (data terhitung) cocok dengan data lapangan. Untuk itu kriteria

jumlah kuadrat kesalahan terkecil (least-square) direapkan untuk memperoleh solusi atau

model m. Dengan menggunakan notasi di sebagai data hasil pengamatan dan data hasil

perhitungan dinyatakan oleh persamaan (2.56), maka jumlah kuadrat kesalahan terkecil

adalah sebagai berikut:

19

Page 20: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

E = ( Gij mj - di ) 2 ................................................................(39)

E = ( Gij mj - di ) ( Gik mk - di )

atau E = ei2 = eTe = [ d – G m ]T [ d – G m ] ........................................(40)

E = dT d - dT G m – [G m]T d + [G m]T G m ............................(41)

Berdasarkan prinsip kalkulus, jika suatu fungsi bernilai minimum maka turunan

terhadap variabel bebasnya akan berharga nol (meskipun tidak semua turunan fungsi

berharga nol selalu berkaitan dengan harga minimum fungsi tersebut).

Untuk mencari solusi dari persamaan (40), maka persamaan ini harus diturunkan

terlebih dahulu terhadap parameter model m, yaitu:

- dT G - GT d +GT G m + [G m]T G

= 2 (-GT d + GT G m ) ................................................................(42)

Persamaan (42) adalah persamaan matriks dengan vektor parameter model m

sebagai variabel yang tidak diketahui/dicari. Estimasi model m sebagai solusi inversi

linier adalah:

m = [GT G ]-1 GT d ............................................................................(43)

Matriks GT G adalah matriks bujur-sangkar berukuran (MxM) sesuai dengan jumlah

parameter model yang dicari. Jika matriks GT G bukan merupakan matriks singular, mak

inversi matriks tersebut dapat dihitung menggunakan inversi matriks yang umum,

misalnya eliminasi Gauss-Jordan dan sebagainya. Untuk kasus di mana matriks GT G

mendekati matirks singular, maka penyelesainya memerlukan teknik dekomposisi nilai

singular (Singular Value Decomposition atau SVD).

G. Perangkat Lunak Res2dinv dan Res3dinv

Perangkat lunak Res2dinv dan Res3dinv adalah sebuah perangkat lunak

komputer yang secara otomatis menentukan model tahnan jenis 2-D dan 3-D untuk

bawah permukaan dari hasil pengukuran metoda tahanan jenis. Model 2-D dan 3-D

menggunakan program inversi yang terdiri dari kotak persegi. Susunan kotak persegi ini

20

Page 21: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

terikat oleh distribusi titik datum dalam psuedosection. Subrutin dari pemodelan ke

depan digunakan untuk menghitung nilai tahanan jenis semu dan teknik optimasi least-

square non linier digunakan untuk rutin inversi. Format inputan ke dalam perangkat

lunak di atas harus dalam notepad atau wordpad.

G.1.Format Input Data Program Res2Dinv

Baris 1 : Nama lintasan pengukuran.Baris 2 : Spasi elektroda terkecilBaris 3 : Jenis konfigurasi (Wenner = 1, Pole-pole = 2, Dipole-dipole = 3, Pole-

dipole = 6, Wenner Schlumberger = 7).Baris 4 : Jumlah total titik data.Baris 5 : Jenis lokasi-x untuk titik-titik data. Masukan angka 0 jika lokasi elektroda

pertama dalam konfigurasi digunakan untuk mengukur titik data. Masukkan 1 jika titik data terletak pada titik tengah konfigurasi.

Baris 6 : Tanda untuk data IP (masukan 0 untuk data tahanan jenis)Baris 7 : Lokasi-x, spasi elektroda, faktor seperasi elektorada n dan nilai tahanan

jenis pada titik data pertama. Baris 8 : Lokasi-x, spasi elektroda, n, nilai tahanan jenis semu pada titik data

kedua.Baris 9 : Dan seterusnya.

Untuk mengakhiri input data, ketikkan 4 angka 0 pada empat baris terakhir.

G.2. Format Input Data Program Res3Dinv

Baris 1 : Nama lintasan pengukuran.Baris 2 : Ukurun grid XBaris 3 : Ukuran grid YBaris 4 : Unit spasi elektroda arah XBaris 5 : Unit spasi elektroda arah YBaris 6 : Tipe konfigurasi, masukan 2 untuk konfigurasi Pole-poleLine 7 : Jumlah titik datumBaris 8 : Untuk tiap datum, masukan :lokasi x dan y dari elektroda arus, lokasi x

dan y dari elektroda tegangan, dan nilai tahanan jenisnya. Baris 9 : Dan seterusnya. Ulangi untuk tiap datum.

Untuk mengakhiri input data, ketikkan 4 angka 0 pada empat baris terakhir.

21

Page 22: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

MODUL 1PRATIKUM METODA TAHANAN JENIS 1-D

A. Tujuan Pratikum

Dengan melakukan pengukuran menggunakan metoda tahanan jenis 1-D, maka

distribusi nilai tahanan jenis secara vertikal yang berubah terhadap kedalaman dapat

diketahui. Dengan demikian informasi litologi batuan atau anomali yang menjadi target

pengukuran juga dapat diketahui.

Dalam pratikum ke-1 ini, pratikan diharapkan dapat/mampu :

Mengenal dan memahami fenomena kelistrikan di bawah permukaan bumi.

Mengenal dan memahami prinsip kerja alat ukur metoda tahanan jenis.

Melakukan pengukuran metoda tahanan jenis 1-D dengan menggunakan

konfigurasi elektroda yang berbeda, yaitu Wenner, Wenner-Schlumberger dan

dipole-dipole.

Melakukan pengolahan dan analisis data metoda tahanan jenis 1-D dengan

menggunakan teknik kurva matching atau dengan menggunakan perangkat lunak

1-D.

Melakukan interpretasi dan memberikan rekomendasi dari hasil pengukuran

dengan metoda tahanan jenis 2-D.

Menerapkan pengukuran metoda tahanan jenis 1-D untuk menyelesaikan kasus-

kasus eksplorasi dangkal sederhana.

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam pratikum ini adalah:

Alat ukur metoda tahanan jenis yaitu resistivity meter merk Naniura.

Accu sebagai sumber arus DC.

Batang elektroda arus dan potensial.

Kabel penghubung.

Meteran

Multitester

Kurva standar Schlumberger

22

Page 23: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

Kertas millimeter blok dan semilog atau bilog

C. Prosedur Pratikum

1. Rangkai peralatan sesuai dengan ketentuan dan petunjuk asisten.

2. Pasang elektroda potensial dan arus dengan spasi minimum (a) 3 m.

Dengan demikian panjang bentangan pertama adalah 9 m. Titik tengah bentangan

pada 4.5 m digunakan sebagai posisi datum (posisi datum adalah tetap secara

horizontal dan berubah terhadap kedalaman), tepatnya posisi datum berada di tengah-

tengah elektroda P1 dan P2. Kemudian tandai posisi datum ini agar tidak berubah.

Untuk yang pertama gunakan konfigurasi elektroda Wenner. Layout konfigurasi

dapat dilihat pada gambar di bawah ini

3. Hubungkan kabel penghubung ke masing-masing elektroda (lihat

panel kabel yang ada di alat).

4. Setelah semua kabel terhubung, atur beda potensial menjadi 0 V

dengan memutar panel kompensator (hal ini dilakukan untuk meniadakan pengaruh

potensial diri bumi yang ada di bawah permukaan), kemudian lakukan penginjeksian

arus dengan menekan tombol start, selanjutnya amati perubahan arus ke arah

konstan, jika arus sudah konstan tekan tombol Hold untuk melihat nilai beda

potensial yang terjadi. Catat arus dan beda potensial yang terjadi.

5. Ulangi prosedur 2 untuk spasi elektroda 2a (jarak antar elektroda

menjadi 6 m). Posisi datum berada pada jarak 9 m dari titik awal bentangan

(elektroda C1) dan tetap terletak di antara elektroda P1 dan P2. Kemudian lakukan

prosedur 3 dan 4 untuk mendapatkan nilai arus dan beda potensial yang terjadi pada

penginjeksian arus yang kedua.

6. Ulangi prosedur 2 sampai 5 untuk mendapatkan nilai arus dan beda

potensial untuk spasi elektroda 3a. Lakukan langkah ini sampai dengan spasi

elektroda 10a.

23

Page 24: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

C1 P1 C1 P1

a

7. Kemudian lakukan pengukuran menggunakan konfigurasi elektroda

Wenner-Schlumbeger dengan spasi elektroda minimum tetap 3 m. Untuk

penginjeksian arus yang pertama lanLayout konfigurasi dapat dilihat pada gambar

berikut ini.

8. Hubungkan kabel penghubung ke masing-masing elektroda (lihat

panel kabel yang ada di alat).

9.

Lateral Mapping (1D)

Cara ini dilakukan untuk mengetahui kecenderungan harga resistivitas di

suatu areal tertentu. Setiap titik target akan dilalui beberapa titik pengukuran. Ilustrasi ini

dapat dilihat pada gambar berikut

Gambar 7. Teknik Akuisisi Lateral Mapping

Untuk group pertama (n=1), spasi dibuat bernilai a. setelah pengukuran

pertama dilakukan, elektroda selanjutnya digeser ke kanan sejauh a (C1 dipindah ke P1,

P1 dipindah ke P2, dan P2 ke C2) sampai jarak maksimum yang diinginkan.

24

Page 25: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

C1 P1 P2 C2

a

n = 1 n = 2 n = 3

1. Vertikal Sounding (1D)

Cara ini digunakan untuk mengetahui distribusi harga resistivitas pada suatu

titik target sounding di bawah permukaan bumi. Cara ini sering dinamakan Sounding 1D

sebab resolusi yang dihasilkan hanya bersifat vertikal.

Gambar 8. Teknik Akuisisi Vertikal Sounding

Pada gambar diatas, konfigurasi yang digunakan adalah Schlumberger.

Pengukuran pertama dilakukan dengan membuat jarak spasi a. Dari pengukuran ini

diperoleh satu titik pengukuran. Pengukuran kedua dilakukan dengan membuat jarak

spasi antara C1 – P1 dan P2 – C2 menjadi 2a dan diperolah titik pengukuran berikutnya.

Pengukuran terus dilakukan hingga area survei telah terlingkupi.

2. Resistivity 2D

Metode ini merupakan gabungan dari lateral mapping dan vertikal sounding,

digunakan untuk menentukan distribusi tahanan jenis semu secara vertikal per

kedalaman. Pengukurannya dilakukan dengan cara memasang elektroda arus dan

potensial pada satu garis lurus dengan spasi tetap, kemudian semua elektroda

dipindahkan atau digeser sepanjang permukaan sesuai dengan arah yang telah ditentukan

sebelumnya. Untuk setiap posisi elektroda akan didapatkan harga tahanan jenis semu.

Dengan membuat peta kontur tahanan jenis semu akan diperoleh pola kontur yang

menggambarkan adanya tahanan jenis yang sama. (Loke, 1999).

25

Page 26: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

26

Page 27: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

27

Page 28: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

28

Page 29: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

29

Page 30: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

30

Page 31: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

31

Page 32: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

32

Page 33: MODUL PRAKTIKUM GEOLISTRIK

33