Laporan geofisik (Metode Geolistrik Konfigurasi Elektroda Wenner)

| Sabtu, 20 Juni 2015


BAB 1
PENDAHULUAN
1.1     Latar Belakang
Bumi adalah sumber segala jenis kekayaan alam yang sampai sekarang belum terjamah oleh manusia secara keseluruhan. Dewasa ini, tidak sulit untuk menemukan kandungan dalam bumi yang pada prinsipnya tidak bisa dilihat oleh kasat mata. Sedangkan kebutuhan manusia terhadap jenis material dalam tanah sekarang ini tidak bisa dihindari lagi, maka untuk menyelesaikan masalah masalah tersebut, perlu dilakukan studi ke-geofisika-an. Penelitian ini merupakan suatu studi geofisika yang menerapkan metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner.
Geolistrik adalah salah satu metode geofisika yang digunakan untuk menginterpretasi bawah permukaan tanah dengan menggunakan konsep fisika dan tanpa merusak material-material tersebut. Prinsip kerja geolistrik adalah mengukur tahanan jenis dengan mengalirkan arus listrik ke dalam batuan atau tanah melalui elektroda arus. Kemudian arus diterima oleh elektroda potensial dengan menganggap bumi sebagai resistor. Penggunaan geolistrik pertama kali dilakukan oleh Conrad Schlumberger pada tahun 1912. Metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner 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.


1.2    Tujuan
1. Memahami prinsip hukum OHM.
2. Memahami cara menginterpretasi material yang terkandung di bawah permukaan tanah.
3. Mengetahui perbedaan resistivitas (tahanan jenis) di bawah permukaan bumi.

1.3    Lokasi Survey
Penelitian ini dilakukan di lapangan sepak bola Universitas Riau, Pekanbaru


Bab II
LANDASAN TEORI

Bumi ini terdiri dari berbagai macam lapisan. Lapisan itu juga terdiri dari berbagai macam kandungan seperti batuan, mineral dan tanah. Batuan dan mineral yang ada di bumi memiliki sifat-sifat listrik seperti; potensial listrik alami, konduktivitas listrik, dan konstanta dielektrik. Ada berbagai metode yang dilakukan untuk mengetahui kondisi di bawah permukaan tanah. Salah satunya adalah metode geolistrik. Metode ini dapat dijadikan cara untuk menyelidiki sifat listrik di dalam bumi melaui respon yang ditangkap dari dalam tanah berupa beda potensial, arus listrik, dan medan elektromagnetik. Salah satu dari metode geolistrik ini adalah metode tahanan jenis.

Pengertian Metode Geolistrik Resistivitas (Tahanan Jenis)
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 dimana bumi dianggap sebagai sebuah resistor. Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis adalah salah satu dari jenis metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan di bawah permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik 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 elektroda arus, sedangkan beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial listrik, dapat diperoleh variasi harga resistivitas listrik pada lapisan di bawah titik ukur.

Konsep Resistivitas Semu
Dengan mengetahui arus yang diinjeksikan dan mengukur beda potensial di sekitar tempat arus diinjeksikan, maka nilai tahanan jenis tanah dapat diperoleh. Nilai tahanan jenis yang diperoleh dari hasil pengukuran disebut sebagai apparent resistivity atau resistivitas semu. Metode ini mengasumsikan bahwa bumi mempunyai sifat homogen isotropis. Dalam kondisi yang sesungguhnya, tanah bersifat tidak homogen karena bumi terdiri atas lapisan – lapisan dengan p yang berbeda beda, sehingga nilai resistivitas yang kita peroleh merupakan nilai resistivitas yang mewakili nilai resistivitas seluruh lapisan yang terlalui oleh garis ekuipotensial. Metode resistivitas ini sering dimanfaatkan dalam dunia eksplorasi untuk beberapa keperluan antara lain untuk pencarian reservoir geothermal dan ekplorasi air tanah

Teori Dasar Metode Geolistrik Tahanan Jenis
Teori utama dalam metoda resistivity sesuai dengan hukum Ohm yaitu arus yang mengalir (I) pada suatu medium sebanding dengan tegangan (V) yang terukur dan berbanding terbalik dengan resistansi (R). Dimana R merupakan Resistansi, yang sebanding dengan panjang medium yang dialiri (x), dan berbanding terbalik dengan luas bidang (A).
Prinsip kerja geolistrik adalah mengukur resistivity (tahanan jenis) dengan mengalirkan arus listrik ke dalam tanah melalui elektroda arus (Current Electrode), kemudian arus diterima oleh elektroda potensial dengan menganggap bumi sebagai resistor. Beda potensial antara dua elektroda tersebut diukur dengan voltmeter dari harga pengukuran tersebut dapat dihitung tahanan jenis dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
K = 2 K = 2 . (phi) . a
ρ = K ρ  = K (∆V/I)

keterangan :
ρ = tahanan jenis (Ohm)
K = faktor koreksi geometri
V = beda potensial (V)
I = kuat Arus (A)
Arah penjalaran arus dengan dua titik injeksi di permukaan bumi sebagai material homogen isotropic.

Gambar 3.1 Pola Aliran Arus dan Bidang Equipotensial

Terdapat beberapa konfigurasi elektroda yang digunakan dalam metode Geolistrik. Pada eksperimen ini menggunakan wenner yaitu untuk menginterpretasi lapisan bawah tanah secara mapping.

Konfigurasi-Konfigurasi dalam Metode Geolistrik Tahanan Jenis
Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang ke 4 buah elektrodanya terletak dalam satu garis lurus dengan posisi elektroda AB dan MN yang simetris terhadap titik pusat pada kedua sisi yaitu konfigurasi Wenner dan Schlumberger. Setiap konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk mengetahui nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan di bawah permukaan. Metoda geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit yang banyak digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan dengan biaya survei yang relatif murah.
Umumnya lapisan batuan tidak mempunyai sifat homogen sempurna, seperti yang dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik. Untuk posisi lapisan batuan yang terletak dekat dengan permukaan tanah akan sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran tegangan dan ini akan membuat data geolistrik menjadi menyimpang dari nilai sebenarnya. Yang dapat mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah fragmen batuan lain yang menyisip pada lapisan, faktor ketidakseragaman dari pelapukan batuan induk, material yang terkandung pada jalan, genangan air setempat, perpipaan dari bahan logam yang bisa menghantar arus listrik, pagar kawat yang terhubung ke tanah dsbnya.
Spontaneous Potential’ yaitu tegangan listrik alami yang umumnya terdapat pada lapisan batuan disebabkan oleh adanya larutan penghantar yang secara kimiawi menimbulkan perbedaan tegangan pada mineral-mineral dari lapisan batuan yang berbeda juga akan menyebabkan ketidak-homogenan lapisan batuan. Perbedaan tegangan listrik ini umumnya relatif kecil, tetapi bila digunakan konfigurasi Schlumberger dengan jarak elektroda AB yang panjang dan jarak MN yang relatif pendek, maka ada kemungkinan tegangan listrik alami tersebut ikut menyumbang pada hasil pengukuran tegangan listrik pada elektroda MN, sehingga data yang terukur menjadi kurang benar.
Untuk mengatasi adanya tegangan listrik alami ini hendaknya sebelum dilakukan pengaliran arus listrik, multimeter diset pada tegangan listrik alami tersebut dan kedudukan awal dari multimeter dibuat menjadi nol. Dengan demikian alat ukur multimeter akan menunjukkan tegangan listrik yang benar-benar diakibatkan oleh pengiriman arus pada elektroda AB. Multimeter yang mempunyai fasilitas seperti ini hanya terdapat pada multimeter dengan akurasi tinggi. 

1.      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.

Gambar 3.2 Konfigurasi wenner

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.

2.      Konfigurasi Schlumberger

Gambar 3.3 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.
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.

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.












BAB III
METODE PENGUKURAN

Pengukuran geolistrik ini dilakukan pada sebuah lintasan. Dimana lintasan ini memiliki panjang 50 meter, yang masing-masing berjarak mulai dari 2 m - 16 m.

Adapun alat dan bahan yang digunakan:
1. 4 buah elektroda (2 elektroda buah arus dan 2 buah elektroda potensial)
2. Aki motor (12V)
3. Kabel listrik (50 m)
4. Amperemeter
5. Voltmeter
6. Meteran
7. Alat-alat tulis
8. Laptop beserta software pendukung seperti : Res2Dinv, Notepad, dll.

 
Gambar 3.1 alat-alat yang digunakan dalam percobaan



Langkah Percobaan :
Terlebih dahulu yang harus dilakukan yaitu mempersiapkan alat-alat yang akan digunakan dalam percobaan ini. Kemudian pasang meteran pada daerah yang akan digunakan untuk eksperimen kemudian patok pada setiap ujungnya. Setelah itu, pasang elektroda arus (AB) dan elektroda potensial (MN) diawali dengan jarak terdekat yang telah disiapkan pada tabel pengukuran. Kemudian untuk pengukuran yang kedua dan seterusnya memindahkan elektroda arus dan elektroda potensial yang dilakukan secara bersama-sama dengan jarak yang sama pada setiap elektroda. Setelah itu, aki 12 volt dihubungkan pada rangkaian. Kemudian setelah semua tersambung selanjutnya mengambil data yaitu catat arus (I) dan beda potensial (∆V).
Parameter yang diukur :
1.      Jarak antara elektroda-elektroda (AB dan MN)
2.      Arus (I)
3.      Beda Potensial (∆ V)

Parameter yang dihitung :
1.  Faktor geometrik (K)
2.  Tahanan jenis semu (ρ )
















BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Percobaan
Tabel Data Hasil Percobaan

NO.
AB
 (m)
MN
 (m)
I
(Ampere)
∆V
(Volt)
K
Ρ
1
2
6
0,00035
0,39
13995,42857
15594906,12
2
2
6
0,0002
0,1
6280
3140000
3
2
6
0,000107
0,23
26998,13084
58033365,36
4
2
6
0,000328
-17,7
-677780,4878
36575349494
5
2
6
0,000386
0,33
10737,82383
9180004,832
6
2
6
0,00027
0,49
22794,07407
41367023,32
7
2
6
0,000182
0,51
35195,6044
98625045,28
8
2
6
0,000285
0,37
16305,96491
21169147,43
9
2
6
0,000293
0,12
5144,027304
2106768,862
10
2
6
0,0003
0,31
12978,66667
13411288,89
11
2
6
0,000307
0,09
3682,084691
1079438,509
12
2
6
0,000345
-5,3
-192950,7246
2964170552
13
2
6
0,000226
0,73
40569,9115
131044404,4
14
2
6
0,000308
0,11
4485,714286
1602040,816
15
2
6
0,000325
0,20
7729,230769
4756449,704
16
2
6
0,00023
0,42
22935,65217
41882495,27
17
2
6
0,00028
0,59
26465,71429
55767040,82
18
2
6
0,000158
0,41
32592,40506
84575228,33
19
2
6
0,000232
0,40
21655,17241
37336504,16
20
2
6
0,000151
0,06
4990,728477
1983070,918
21
2
6
0,000333
0,77
29042,64264
67155660,16
22
2
6
0,000355
0,69
24412,39437
47449442,57
23
2
6
0,000362
0,55
19082,87293
28993315,22
24
2
6
0,000356
0,404
14253,48315
16175301,1
25
2
6
0,000234
0,65
34888,88889
96913580,25
26
4
12
0,000146
0,77
132482,1918
698707449,8
27
4
12
0,000265
-2,4
-227501,8868
2060394446
28
4
12
0,0002
1,01
126856
640622800
29
4
12
0,000314
0,96
76800
234802547,8
30
4
12
0,00062
0,47
19042,58065
14435504,68
31
4
12
0,000136
0,39
72035,29412
206571799,3
32
4
12
0,00012
0,48
100480
401920000
33
4
12
0,000372
0,53
35789,24731
50990056,65
34
4
12
0,000297
0,66
55822,22222
124049382,7
35
4
12
0,000157
0,79
126400
636025477,7
36
4
12
0,000205
0,67
82099,5122
268325235
37
4
12
0,000129
0,51
99311,62791
392627366,1
38
6
18
0,000225
0,001
167,4666667
744,2962963
39
6
18
0,000199
-3,1
-586974,8744
9143829701
40
6
18
0,00026
0,023
3333,230769
294862,7219
41
6
18
0,00034
0,75
83117,64706
183347750,9
42
6
18
0,00052
0,88
63766,15385
107911952,7
43
6
18
0,00037
0,68
69249,72973
127269773,6
44
6
18
0,0004
0,008
753,6
15072
45
6
18
0,00043
0,89
77988,83721
161418756,1
46
8
24
0,00039
0,42
54104,61538
58266508,88
47
8
24
0,00038
0,11
14543,15789
4209861,496
48
8
24
0,00031
O,71
115065,8065
263537814,8
49
8
24
0,00065
0,49
37873,23077
28550589,35
50
8
24
0,00038
0,23
30408,42105
18405096,95
51
8
24
0,00033
0,55
83733,33333
139555555,6
52
10
30
0,00046
0,89
121504,3478
235084499,1
53
10
30
0,00031
0,67
135729,0323
293349843,9
54
10
30
0,00037
-7,2
-1222054,054
23780511322
55
10
30
0,00038
0,31
51231,57895
41794182,83
56
10
30
0,0003
-1,3
-272133,3333
1179244444
57
12
36
0,00023
0,44
144166,9565
275797656
58
12
36
0,00036
0,54
113040
169560000
59
12
36
0,00035
0,40
86125,71429
98429387,76
60
12
36
0,00039
0,43
83089,23077
91611203,16
61
14
42
0,00049
0,50
89714,28571
91545189,5
62
14
42
0,0001
0,55
483560
2659580000
63
14
42
0,00021
0,74
309813,3333
1091723175
64
16
48
0,00056
0,43
77154,28571
59243469,39
65
16
48
0,00070
0,03
4306,285714
184555,102
66
16
48
0,0003
0,13
43541,33333
18867911,11


Keterangan data :
AB = Jarak Terpendek Elektroda
MN = Jarak Terpanjang Elektroda
K = Faktor Geometri
ρ = resistivitas Semu









4.2 Peta Topografi














4.3 Pembahasan
Resistivitas semu (Apparent Resistivity) dipengaruhi oleh jenis batuan yang berada di bawah permukaan. Apabila batuannya lebih berongga maka nilai resistivitasnya besar, sedangkan apabila batuan lebih kompak maka nilai resistivitasnya akan lebih kecil. Batuan yang lebih kompak akan lebih mudah mengalirkan arus daripada batuan yang berongga, sehingga nilai resistivitas batuan yang kompak akan lebih kecil. Resistivitas terhadap kedalaman tidak dapat kita peroleh hubungan secara langsung, karena masih tergantung dari jenis batuan yang dikandung di bawah permukaannya. Pada umumnya semakin ke dalam permukaan bumi maka batuan akan semakin kompak. Oleh karena itu resistivitas akan semakin kecil.
Dari hasil pengolahan data dengan software res2dinv, didapat gambar yang mempunyai warna berbeda-beda. Setiap warna mempresentasikan resistivitas yang berbeda-beda. Dari yang paling kecil resistivitasnya berwarna biru, sampai yang paling besar berwarna ungu. Berarti dapat diartikan bahwa lapisan yang paling atas terdiri dari bahan yang apabila diinjeksikan arus maka dia akan lebih menghambat arus tersebut. Bahan tersebut adalah batuan yang lebih keras dibandingkan dengan batuan yang berada di lapisan di bawahnya.
Bila kita interpretasikan, warna biru langit adalah tanah liat biasa, warna biru muda adalah tanah liat London, warna hijau adalah kumpulan batuan sedimen, warna hijau tua adalah tanah biasa dengan kelembaban 50%, warna kuning adalah tanah liat dengan kelembaban 20%, warna jingga ke merah adalah tanah liat campur kerikil, dan warna ungu adalah pasir dengan kelembaban 90%. BIla dilihat dan diinterpretasikan secara logika cukup masuk akal, karena resistivitas suatu materi semakin kecil bila keadaannya basah dan semakin besar bila keadaannya kering.




Bab V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari praktikum ini dapar mengetahui bagaimana kondisi di bawah permukaan dapat ditentukan dengan melihat nilai resistivitasnya. Semakin besar nilai resitivitasnya maka arus semakin sulit mengalir. Batuan yang berpori dan berongga memiliki resistivitas yang tinggi dibandingkan batuan yang kompak. Resistivitas bergantung terhadap jenis batuan yang ada di bawah permukaan. Semakin dalam permukaan nilai resistivitas semakin kecil. Jarak antara elektroda yang semakin renggang, maka semakin dalam resistivitas yang dapat diukur di bawah permukaan.


5.2 Saran






5.3 Daftar Pustaka
1.    Viridi S Hilfan K, dkk.1995. Fisika Bumi Jurusan Fisika.Bandung : ITB Bandung
2.  Kanata, Bulkis, dan Teti Zubaidah.2008. Aplikasi Metode Geolistrik Tahanan Jenis Konfigurasi Wenner Schlumberger Untuk Survey Pipa Bawah Permukaan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik. Mataram : Universitas Mataram
   
5.3 Lampiran
    

0 komentar:

Posting Komentar

Next Prev

About Me

Followers

▲Top▲