bab ii dasar teori

BAB II
DASAR TEORI
2.1 TANAH
Tanah merupakan akumulasi dari partikel mineral yang tidak mempunyai atau
lemah ikatan partikelnya, yang terbentuk dikarenakan oleh pelapukan dari batuan.
Tanah didefenisikan sebagai material yang terdiri dari butiran (agregat) mineralmineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dari
bahan-bahan organik yang telah melapuk (berpartikel padat) disertai dengan
adanya zat cair dan gas yang mengisi ruang kosong diantara partikel-partikel pada
tanah. Diantara partikel-partikel tanah terdapat ruang kosong yang diberi nama
pori-pori (void space) yang memiliki isi air dan udara didalamnya. Ikatan yang
sifatnya lemah diantara partikel-partikel tanah yang disebabkan oleh adanya
material organik. Secara umum tanah dapat dikelompokkan menjadi :
a) Tanah sisa (residual soil), yang berarti tanah hasil dari pelapukan yang
posisinya tetap berada di tempat semula.
b) Tanah bawaan (transportasi soil), yang berarti tanah hasil dari pelapukan
yang terangkut ke tempat lain dan mengendap di beberapa tempat yang
berlainan. Media pengangkutan tanah berupa gaya gravitasi, angin, air dan
gletsyer.
Proses penghancuran dalam pembentukan tanah dari batuan terjadi secara
fisis dan kimia. Proses fisis antara lain berupa erosi akibat tiupan dari angin,
pengikisan oleh air dan juga gletsyer atau perpecahan yang diakibat pembentukan
dan pencairan es dalam batuan. Tanah yang terjadi akibat penghancuran tersebut
tetap mempunyai komposisi yang sama dengan batuan asalnya. Proses kimiawi
dapat menghasilkan perubahan pada susunan mineral batuan asalnya. Salah satu
dari penyebabnya adalah air yang mengandung asam atau alkali oksigen dan
karbondioksida.
Universitas Sumatera Utara
2.2 MINERAL DAN BATUAN
2.2.1 Mineral
Mineral dapat didefenisikan sebagai bahan padat anorganik yang terdapat secara
alamiah, yang terdiri dari unsur-unsur kimiawi dalam perbandingan tertentu
dimana atom-atom di dalamnya tersusun mengikuti suatu pola yang sistimatis.
Mineral banyak dijumpai di sekeliling kita, dapat berwujud sebagai batuan, tanah,
atau pasir yang diendapkan pada dasar sungai. Beberapa dari mineral tersebut
dapat memilki nilai ekonomis karena didapatkan dalam jumlah yang sangat besar,
sehingga memungkinkan untuk ditambang seperti emas, perak dll.
Pengetahuan tentang mineral merupakan salah satu syarat mutlak untuk
dapat mempelajari bagian yang padat dari bumi ini, yang terdiri dari batuan.
Bagian luar yang padat dari bumi ini disebut litosfer, yang berarti selaput yang
terdiri dari batuan, yang berasal dari kata lithos dari bahasa latin yang berarti batu,
dan sphere yang berarti selaput. Tidak kurang dari 2000 jenis mineral yang kita
ketahui sekarang. Beberapa daripadanya merupakan benda padat dengan ikatan
unsur yang sederhana. Contohnya adalah mineral intan yang hanya terdiri dari
satu jenis unsur saja yaitu karbon. Garam dapur yang disebut mineral halit, terdiri
dari senyawa dua unsur natrium dan chlorit dengan simbol NaCl. Setiap mineral
mempunyai susunan unsur-unsur yang tetap dengan perbandingan tertentu.
2.2.2 Batuan
Pengetahuan atau Ilmu Geologi didasarkan kepada studi terhadap batuan. Diawali
dengan mengetahui bagaimana batuan itu terbentuk, berubah, kemudian
bagaimana hingga batuan itu sekarang menempati bagian dari pegunungan,
dataran-dataran di benua hingga didalam cekungan dibawah permukaan laut. Jika
kita perhatikan sekeliling kita, banyak kita temui berbagai jenis batuan. Batuan
Universitas Sumatera Utara
yang berada disekeliling kita tersebut, ada yang sama warna dan jenisnya, tetapi
juga banyak yang berbeda.
Berdasarkan persamaan dan perbedaan tadi, maka kita dapat membuat
pembagian dari batuan tersebut. Dari hasil pengamatan terhadap jenis-jenis batuan
tersebut, dapat kita bagi menjadi tiga bagian besar, yaitu :
1. Batuan beku
2. Batuan sedimen
3. Batuan malihan atau metamorfis.
Penelitian-penelitian yang dilakukan oleh para ahli Geologi terhadap batuan,
menyimpulkan bahwa antara ketiga kelompok tersebut terdapat hubungan yang
erat satu dengan yang lainnya, dan batuan beku dianggap sebagai nenek moyang
dari batuan lainnya. Dari sejarah pembentukan bumi, diperoleh gambaran bahwa
pada awalnya seluruh bagian luar dari bumi ini terdiri dari batuan beku. Seiring
dengan berjalannya waktu serta perubahan keadaan, maka terjadilah perubahanperubahan yang disertai dengan pembentukan kelompok-kelompok batuan yang
lainnya. Proses perubahan batuan dari satu kelompok menjadi kelompok lainnya
merupakan suatu siklus yang dinamakan daur batuan.
Gambar 2.1 Daur Batuan (siklus batuan)
Universitas Sumatera Utara
Apabila batuan metamorfis ini masih mengalami peningkatan tekanan dan
suhu, maka ia akan kembali leleh dan berubah menjadi magma. Panah-panah
dalam gambar, menunjukan bahwa jalannya siklus dapat terganggu dengan adanya
jalan-jalan pintas yang dapat ditempuh, seperti dari batuan beku menjadi batuan
metamorfis, atau batuan metamorfis menjadi sedimen tanpa melalui pembentukan
magma dan batuan beku. Batuan sedimen di lain pihak dapat kembali menjadi
sedimen akibat tersingkap ke permukaan dan mengalami proses pelapukan.
2.2.3 Batu Gamping
Batu gamping/kapur merupakan salah satu mineral industri yang banyak
digunakan oleh sektor industri ataupun konstruksi dan pertanian, antara lain untuk
bahan bangunan, batu bangunan bahan penstabil jalan raya, pengapuran untuk
pertanian dll. Stabilitas politik yang baik, indonesia telah memacu pengembangan
sektor industri, konstruksi dan pertanian ketingkat yang lebih baik. Perkembangan
ini secara tidak langsung memperlihatkan adanya peningkatan kebutuhan akan
bahan baku dan penolong bagi perkembangan sektor industri yang merupakan
industri hilir. Berdasarkan pertimbangan tersebut diperkirakan prospek pasar
untuk komoditas pasar cukup cerah.
Gambar 2.2 Batu Gamping yang telah diolah menjadi semen
Universitas Sumatera Utara
2.2.3.1 Mula Jadi
Batu Kapur dapat terjadi dengan beberapa cara yaitu secara organik secara
mekanik atau secara kimia sebagian batu kapur dialam terjadi secara organik.
Jenis ini berasal dari pengembangan cangkang atau rumah kerang dan siput.
Untuk batu kapur yang terjadi secara mekanik sebetulnya bahannya tidak jauh
beda dengan batu kapur secara organik yang membedakannya adalah terjadinya
perombakan dari bahan batu kapur tersebut kemudian terbawa oleh arus dan
biasanya diendapkan tidak jauh dari tempat semula. Sedangkan yang terjadi secara
kimia jenis batu kapur yang terjadi dalam kondisi iklim dan suasana lingkungan
tertentu dalam air laut ataupun air tawar.
2.2.3.2 Mineralogi
Batu Kapur dan dolomit merupakan batuan karbonat utama yang banyak
digunakan diindustri Aragonit yang berkomposisi kimia sama dengan Kalsit
(CaCO3) tetapi berbeda dengan struktur kristalnya, merupakan mineral metas
table karena pada kurun waktu tertentu dapat berubah menjadi Kalsit. Karena sifat
fisika mineral-mineral karbonat hampir sama satu sama lain, maka tidak mudah
untuk mengidentifikasinya.
2.2.3.3 Identifikasi Batu gamping
Batu gamping merupakan salah satu golongan batuan sedimen yang paling banyak
jumlahnya. Batu gamping itu sendiri terdiri dari batu gamping non-klastik dan
batugamping klastik. Batu gamping non-klastik, merupakan koloni dari binatang
laut antara lain dari Coelentrata, Moluska, Protozoa dan Foraminifera atau batu
gamping ini sering juga disebut batu gamping Koral karena penyusun utamanya
adalah Koral.
Universitas Sumatera Utara
Batu gamping Klastik, merupakan hasil rombakan jenis batu gamping nonklastik melalui proses erosi oleh air, transportasi, sortasi, dan terakhir sedimentasi.
Selama proses tersebut banyak mineral-mineral lain yang terikut yang merupakan
pengotor, sehingga sering kita jumpai adanya variasi warna dari batu gamping itu
sendiri. Seperti warna putih susu, abu-abu muda, abu-abu tua, coklat, merah
bahkan hitam. Secara kimia batu gamping terdiri atas Kalsium karbonat (CaCO3).
Di alam tidak jarang pula dijumpai batu gamping magnesium. Kadar magnesium
yang tinggi mengubah batu gamping dolomitan dengan komposisi kimia
CaCO3MgCO3.
Adapun sifat dari batu gamping adalah sebagai berikut :
a. Warna
: Putih,putih kecoklatan, dan putih keabuan
b. Kilap
: Kaca, dan tanah
c. Goresan
: Putih sampai putih keabuan
d. Bidang belahan
: Tidak teratur
e. Pecahan
: Uneven
f. Kekerasan
: 2,7 – 3,4 skala mohs
g. Berat Jenis
: 2,387 Ton/m3
h. Tenacity
: Keras, Kompak, sebagian berongga
2.2.3.4 Manfaat Batu Kapur
Adapun pemanfaatan dari kapur diantaranya adalah :
-
bahan bangunan
bahan bangunan yang dimaksud adalah kapur yang dipergunakan untuk
plester,adukan pasangan bata, pembuatan semen tras ataupun semen merah.
-
Bahan penstabilan jalan raya
Pemaklaian kapur dalam bidang pemantapan fondasi jalan raya termasuk rawa
yang dilaluinya. Kapur ini berfungsi untuk mengurangi plastisitas, mengurangi
ppenyusutan dan pemuaian fondasi jalan raya
-
Sebagai pembasmi hama
Universitas Sumatera Utara
Sebagai warangan timbal (PbAsO3) dan warangan kalsium (CaAsO3) atau sebagai
serbuk belerang untuk disemprotkan.
-
Bahan pupuk dan insektisida dalam pertanian
Apabila ditaburkan untuk menetralkan tanah asam yang relatife tidak banyak air,
sebagai pupuk untuk menambah unsur kalsium yang berkurang akibat panen, erosi
serta untuk menggemburkan tanah. Kapur ini juga dipergunakan sebagai
disinfektan pada kandang unggas, dalam pembuatan kompos dan sebagainya
-
Penjernihan air
Dalam penjernihan pelunakan air untuk industri, kapur dipergunakan bersamasama dengan soda abu dalam proses yang dinamakan dengan proses kapur soda.
2.2.4
Sifat Kelistrikan Batuan
Dalam ilmu geofisika pengetahuan dasar tentang sifat kelistrikan suatu batuan
menjadi penting. Hal ini menjadi penting karena berkaitan dengan metode
pengukuran bawah permukaan untuk mengetahui sifat kelistrikan suatu formasi
atau anomali bawah permukaan. Metode ini dikenal dengan nama geolistrik atau
kelistrikan bumi. Pada bagian batuan, atom-atom terikat secara ionik atau kovalen.
karena adanya ikatan ini batuan mempunyai sifat menghantarkan listrik. Aliran
listrik dalam batuan dapat digolongkan menjadi tiga macam, yaitu konduksi
secara elektronik, konduksi secara elektrolitik, dan konduksi secara dielektrik.
2.2.4.1 Konduksi secara elektronik.
Konduksi ini terjadi jika batuan atau mineral mempunyai banyak elektron bebas
sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan atau mineral oleh elektron-elektron
bebas tersebut. Aliran listrik ini juga di pengaruhi oleh sifat atau karakteristik
masing-masing batuan yang dilewatinya. Salah satu sifat atau karakteristik batuan
tersebut adalah resistivitas (tahanan jenis) yang menunjukkan kemampuan bahan
tersebut untuk menghantarkan arus listrik. Semakin besar nilai resistivitas suatu
Universitas Sumatera Utara
bahan maka semakin sulit bahan tersebut menghantarkan arus listrik, begitu pula
sebaliknya.
Resistivitas memiliki pengertian
yang berbeda dengan resistansi
(hambatan), dimana resistansi tidak hanya bergantung pada bahan tetapi juga
bergantung pada faktor geometri atau bentuk bahan tersebut, sedangkan
resistivitas tidak bergantung pada faktor geometri. Jika ditinjau suatu silinder
dengan panjang L, luas penampang A, dan resistansi R, maka dapat di rumuskan:
Gambar 2.3 Arus yang dialirkan pada material konduktif berbentuk silinder
ρ=
Dengan :
A = luas (
(2.1)
)
L = panjang (meter)
R = hambatan/resistan (ohm)
ρ = hambatan jenis/resistivitas (ohm-meter)
Dimana secara fisis rumus tersebut dapat diartikan jika panjang silinder
konduktor (L) dinaikkan, maka resistansi akan meningkat, dan apabila diameter
silinder konduktor diturunkan yang berarti luas penampang (A) berkurang maka
resistansi juga meningkat. Di mana ρ adalah resistivitas (tahanan jenis) dalam
Ωm. Sedangkan menurut hukum Ohm, resistivitas R dirumuskan :
R=
Dengan :
(2.2)
R = tahanan jenis/resistan (Ohm)
Universitas Sumatera Utara
V = tegangan (Volt)
I = arus (Ampere)
namun banyak orang lebih sering menggunakan sifat konduktivitas (σ) batuan
yang merupakan kebalikan dari resistivitas (ρ) dengan satuan mhos/m. Dengan
menggunakan persamaan :
σ= ⁄
⁄
Di mana J adalah rapat arus (Ampere/
⁄
⁄
⁄
⁄
(2.3)
) dan E adalah medan listrik (volt/m).
2.2.4.2 Konduksi secara elektrolitik.
Sebagian besar batuan merupakan konduktor yang buruk dan memiliki resistivitas
yang sangat tinggi. Namun pada kenyataannya, batuan biasanya bersifat porus dan
memiliki pori-pori yang terisi oleh fluida, terutama air. Akibatnya batuan-batuan
tersebut menjadi konduktor elektrolitik, di mana konduksi arus listrik dibawa oleh
ion-ion elektrolitik dalam air. Konduktivitas dan resistivitas batuan porus
bergantung pada volume dan susunan pori-porinya. Konduktivitas akan semakin
besar jika kandungan air dalam batuan bertambah banyak, dan sebaliknya
resistivitas akan semakin besar jika kandungan air dalam batuan berkurang.
Menurut rumus Archie:
e  a m S n  w
Dengan :
(2.4)
 = porositas (fraksi volume pori)
S
= fraksi dari pori yang terisi air
w = resistivitas air
n
= 2
Universitas Sumatera Utara
m,a = konstanta
0.5  a  2.5, 1.3  m  2.5
Dengan
adalah resistivitas batuan,  adalah porositas, S adalah fraksi pori-pori
yang berisi air, dan
adalah resistivitas air. Sedangkan a, m, dan n adalah
konstanta. m disebut juga faktor sementasi.
2.2.4.3 Konduksi secara dielektrik.
Konduksi ini terjadi jika batuan atau mineral bersifat dielektrik terhadap aliran
arus listrik, artinya batuan atau mineral tersebut mempunyai elektron bebas
sedikit, bahkan tidak sama sekali. Elektron dalam batuan berpindah dan
berkumpul terpisah dalam inti karena adanya pengaruh medan listrik di luar,
sehingga terjadi polarisasi. Peristiwa ini tergantung pada konduksi dielektrik
batuan yang bersangkutan, contoh : mika.
2.3 GEOLISTRIK
2.3.1 Pengertian Geolistrik
Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang dimanfaatkan dalam
eksplorasi sumber daya alam bawah permukaan. Prinsip kerja metode geolistrik
adalah mempelajari aliran listrik di dalam bumi dan cara mendeteksinya di
permukaan bumi. Penelitian dengan geolistrik bertujuan untuk menentukan
hubungan panjang bentang elektroda dan kedalaman tanah terhadap resistivitas
bawah perukaan tanah serta potensi air tanah berdasakan nilai resistivitas tanah
tersebut.
Universitas Sumatera Utara
Tahanan jenis merupakan salah satu sifat fisis dari suatu material dengan
diketahuinya nilai tahanan jenis maka dapat diketahui jenis materialnya.
Hubungan antara panjang bentang elektroda dengan nilai resistivitas adalah
berbanding terbalik sesuai dengan rumus resistivitas. Metode tahanan jenis
didasari oleh hukum Ohm, bertujuan untuk mengetahui jenis pelapisan batuan
berdasarkan distribusi nilai resistivitas pada tiap lapisan. Dengan menginjeksikan
arus melalui dua elektroda arus maka beda potensial yang muncul dapat terukur
dari elektroda potensial. Variasi nilai tahanan jenis akan didapatkan jika jarak
antara masing-masing elektroda diubah, sesuai dengan konfigurasi alat yang
dipakai (konfigurasi Wenner-Schlumberger). Pada metode tahanan jenis
diasumsikan bahwa bumi bersifat homogen isotropik, dimana nilai tahanan jenis
yang terukur bukan merupakan nilai sebenarnya akan tetapi merupakan nilai
tahanan jenis semu (apparent Resistivity).
Geolistrik merupakan alat yang dapat diterapkan untuk beberapa metode
geofisika, dimana prinsip kerja metode tersebut adalah mempelajari aliran listrik
di dalam bumi dan cara mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal ini
meliputi pengukuran potensial, arus, dan medan elektromagnetik yang terjadi baik
secara alamiah maupun akibat injeksi arus ke dalam bumi (buatan). Metode
geofisika tersebut di antaranya adalah metode potensial diri, metode arus telurik,
magnetotelurik, elektromagnetik, IP (Induced Polarization), dan resistivitas
(tahanan jenis).
Metoda geolistrik tahanan jenis adalah salah satu metoda geofisika yang
memanfaatkan sifat tahanan jenis untuk menyelidiki keadaan di bawah permukaan
bumi. Metoda ini dilakukan dengan menggunakan arus listrik searah yang
diinjeksikan melalui dua buah elektroda arus ke dalam bumi, lalu mengamati
potensial yang terbentuk melalui dua buah elektroda potensial yang berada
ditempat lain. Perbedaan potensial yang terukur merefleksikan keadaan di bawah
permukaan bumi. Pada dasarnya metoda ini didekati menggunakan konsep
perambatan arus listrik di dalam medium homogeny isotropis, dimana arus listrik
bergerak kesegala arah dengan nilai yang sama besar.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan asumsi tersebut, maka bila terdapat anomali
yang
membedakan jumlah rapat arus yang mengalir diasumsikan diakibatkan oleh
adanya perbedaan akibat anomali tahanan jenis. Anomali ini nantinya digunakan
untuk merekontruksi keadaan geologi bawah permukaan. Perbedaan konfigurasi
elektroda, variasi tahanan jenis spesifik yang diselidiki, prosedur memperoleh data
sangat menentukan dalam pemakaian metoda ini.
A
B
M
N
Gambar 2.4 Skema Peralatan Resistivitas Model Schlumberger
Maka harga resistivitas yang terukur bukan merupakan harga resistivitas
untuk satu lapisan saja, tetapi beberapa lapisan. Hal ini terutama untuk spasi
elektroda yang lebar.
dengan
adalah apparent resistivity (resistivitas
semu) yang bergantung pada spasi elektroda.
Resistivitas sebuah bahan selalu bertambah jika suhu juga bertambah,
dengan kata lain resistivitas berbanding lurus dengan suhu. Jika suhu bertambah
maka ion-ion pada bahan akan bergetar dengan amplitudo yang semakin besar.
Hal ini menyebabkan terjadinya tumbukan elektron sehingga menghalangi
penyimpanan elektron dan akhirnya menghalangi arus yang melintas. Pada
jangkauan suhu yang kecil ⁄
, resistivitas bahan dapat dinyatakan
lewat persamaan berikut:
( )
(
)
(2.5)
Universitas Sumatera Utara
Dengan :
α
T
:
resistivitas pada suhu
( ) :
resistivitas pada suhu
:
koefisien suhu resistivitas
:
Suhu awal
:
Suhu akhir
2.3.2 Metode Geolistrik
Penggunaan geolistrik pertama kali dilakukan oleh Conrad Schlumberger pada
tahun 1912. Geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui
perubahan tahanan jenislapisan batuan di bawah permukaan tanah dengan cara
mengalirkan arus listrik DC (Direct Current) yang mempunyai tegangan tinggi ke
dalam tanah. Injeksi arus ini menggunakan 2 buah elektroda arus A dan B yang
ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak tertentu. Semakin panjang jarak
elektroda akan menyebabkan aliran arus listrik bisa menembus lapisan batuan
lebih dalam lagi, dan semakin banyak jumlah elektroda yang digunakan akan
menghasilkan data yang lebih akurat.
Dengan adanya aliran arus listrik tersebut maka akan menimbulkan
tegangan listrik di dalam tanah. Tegangan listrik yang terjadi di permukaan diukur
dengan multimeter yang terhubung melalui 2 buah elektroda tegangan M dan N
yang jaraknya lebih pendek dari pada elektroda AB. Bila posisi jarak elektroda AB
diubah menjadi lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada elektron 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 Dc murni), maka diperkirakan pengaruh dari injeksi aliran arus
listrik berbentuk setengah bola denga jari-jari AB/2. Umumnya metoda geolistrik
Universitas Sumatera Utara
yang sering digunakan adalah dengan cara menggunakan 4 elektroda yang terletak
dalam satu garis lurus serta simetris terhadap titik tengah, yaitu 2 elektroda arus
(AB) di bagian luar dan 2 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, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.4.
2.3.3 Kegunaan Geolistrik
Mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan sampai
kedalaman 300 m sangat berguna untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan
aquifer yaitu lapisan batuan yang merupakan lapisan pembawa air. Geolistrik ini
bisa untuk mendeteksi adanya lapisan tambang yang mempunyai kontras
resistivitas dengan lapisan batuan pada bagian atas dan bawahnya, yang semua itu
dilakukan demi memenuhi kebutuhan manusia terhadap sumber daya alam bawah
permukaan. Kemudian ini juga untuk mengetahui perkiraan kedalaman Bedrock
untuk pondasi bangunan.
2.3.4 Konfigurasi
Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang ke 4 buah
elektrodanya terletak dalam satu garis lurus dengan posisi elektroda arus dan
potensial 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. Umumnya lapisan batuan tidak memilki sifat homogeny sempurna,
seperti yang dipersyaratkan pada pengukuran geolistrik.
Universitas Sumatera Utara
Untuk posisi lapisan batuan yang terletak dekat dengan permukaan tanah
akan sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran tegangan dan ini akan
membuat data geolistrik menyimpang dari nilai sebenarnya. Yang dapat
mempengaruhi homogenitas lapisan batuan adalah fragmen batuan lain yang
menyisip pada lapisan, faktor heterogenitas 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 dan
sebagainya.
„SpontaneousPotential‟ 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 arus yang panjang dan jarak
elektroda potensial yang relative pendek, maka ada kemungkinan tegangan listrik
alami tersebut ikut menyumbang pada hasil pengukuran tegangan listrik pada
elektroda potensial, 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 benarbenar diakibatkan oleh pengiriman arus pada elektroda arus. Multimeter yang
mempunyai fasilitas seperti ini hanya terdapat pada multimeter dengan akurasi
tinggi. Proses tersebut dilakukan dengan tujuan agar tidak terjadi kesalahan karena
harus dipastikan tegangan yang dihasilkan harus melalui elektroda yang
digunakan yaitu elektroda arus. Kondisi seperti itu sangat diperlukan demi keefektifan alat yang digunakan dalam pengambilan data dilapangan.
Universitas Sumatera Utara
2.3.5 Konfigurasi Geolistrik Wenner - Schlumberger
Metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger merupakan gabungan antara
konfigurasi Wenner dan Schlumberger yang timbul dari survei pencitraan listrik.
Konfigurasi ini digunakan dalam eksplorasi yang sifatnya relatif dangkal.
Wenner-Schlumberger adalah salah satu konfigurasi paling umum digunakan
untuk survei resistivitas sounding.
Faktor ”n “ pada konfigurasi ini adalah
perbandingan jarak antara C1-P1 (atau P2-C2) dengan spasi elektroda P1-P2.
Kedalaman rata-rata pada konfigurasi ini 10% lebih besar dari konfigurasi
Wenner. Konfigurasi Wenner-Schlumberger juga memiliki cakupan horisontal
sedikit lebih baik dibandingkan dengan konfigurasi Wenner. Cakupan Data
horisontal sedikit lebih lebar dari konfigurasi Wenner, tapi lebih sempit dari data
yang diperoleh konfigurasi dipole-dipole. Dengan demikian konfigurasi WennerSchlumberger saling menutupi kelemahan masing-masing konfigurasi.
Metode geolistrik resistivitas didasarkan pada pengukuran resistivitas
listrik atau (kebalikannya, konduktivitas listrik,
) suatu bahan yaitu :
(2.6)
dengan R adalah tahanan listrik bahan (satuan, Ω ) ;
listrik bahan (Ω.m);
(rho ) adalah resistivitas
adalah konduktivitas bahan (1/Ω.m ); A adalah luas
penampang bahan (m2); l adalah panjang bahan (m). Berdasarkan teori dasar
geolistrik resistivitas, distribusi potensial di bawah permukaan yang disebabkan
oleh sumber titik di permukaan akan berupa ruang setengah bola yang dapat
dituliskan sebagai berikut:
( )
(2.7)
dengan ( ) adalah distribusi potensial sebagai fungsi (r, jarak dari pusat sumber
di permukaan ke jangkauan setengah bola di dalam bumi). Untuk kasus real di
Universitas Sumatera Utara
mana digunakan dua elektroda arus C1(+) dan C2(-) di permukaan terbentang
sebelah kiri dan kanan titik pusat O dengan jarak rC1 dan rC2 maka diperoleh
persamaan seperti berikut ini,
( )
,
-
(2.8)
Untuk konfigurasi dengan 2 pasang elektroda, masing-masing pasangan elektroda
arus (C1 dan C2) dan pasangan elektroda tegangan (P1 dan P2) seperti terlihat
pada Gambar 2.5, maka beda potensial antara titik P1 dan P2 dinyatakan dalam
persamaan berikut:
,
-
(2.9)
Sehingga persamaan (2.5) dapat ditulis kembali resistivitas semu (harga ρ yang
merupakan representasi nilai resistivitas bawah tanah yang bervariasi ke dalam
satu nilai homogen) dalam bentuk,
(2.10)
K adalah factor geometris yang tergantung pada posisi/konfigurasi keempat
elektroda. Sehingga,
⁄,
-
(2.11)
Konfigurasi Wenner-Schlumberger adalah konfigurasi dengan sistem aturan spasi
yang konstan dengan catatan faktor “n” untuk konfigurasi ini adalah perbandingan
jarak antara elektroda C1-P1 (atau C2-P2) dengan spasi antara P1-P2 seperti pada
Gambar 2.5. Jika jarak antar elektroda potensial (P1 dan P2) adalah a maka jarak
antar elektroda arus (C1 dan C2) adalah 2na + a. Proses penentuan resistivitas
menggunakan 4 buah elektroda yang diletakkan dalam sebuah garis lurus.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Pengaturan elektoda konfigurasi Wenner-Schlumberger
Dengan menyubstitusikan nilai jarak spasi elektroda pada Gambar 2.5 ke
persamaan 2.11, sehingga diperolah faktor geometrik K sebagai berikut :
(
)
(2.12)
Dalam aplikasi tampilan susunan elektroda Wenner-Schlumberger dapat di lihat
pada Gambar 2.6 sebagai berikut :
Gambar 2.6 Penampang 2D konfigurasi Wenner-Schulumberger dengan (a) n=1,
(b) n=2, (c) n=4.
Universitas Sumatera Utara
2.4 Resistivitas Batuan
Dari semua sifat fisika batuan dan mineral, resistivitas memperlihatkan
variasi nilai yang sangat banyak. Pada mineral-mineral logam, nilainya berkisar
pada 10-8
hingga 10 Ωm. Begitu juga pada batuan-batuan lain, dengan
komposisi yang bermacam-macam akan menghasilkan range resistivitas yang
bervariasi pula. Nilai tahanan jenis batuan tergantung dari macam-macam
materialnya, densitas, porositas, ukuran dan bentuk pori-pori batuan, kandungan
air, kualitas dan suhu. Jenis setiap batuan pada akuifer yang terdiri atas material
lepas mempunyai nilai tahanan jenis yang berkurang apabila makin besar
kandungan air atau makin besar kandungan garamnya (misal air asin). Variasi
resistivitas material bumi ditunjukkan sebagai berikut:
Tabel 2.1 Nilai Resistivitas dari Berbagai Tipe Batuan (Telford,Geldart,1990)
Material
Resistivity (Ohm-Meter)
Air (Udara)
Pyrite (Pirit)
0.01-100
Quartz (Kwarsa)
500-800000
Calcite (Kalsit)
1×1012-1×1013
Rock Salt (Garam Batu)
30-1×1013
Granite (Granit)
200-10000
Andesite (Andesit)
1.7×102-45×104
Basalt (Basal)
200-100000
Limestoes (Gamping)
500-10000
Sandstone (Batu Pasir)
200-8000
Shales (Batu Tulis)
20-2000
Sand (Pasir)
1-1000
Clay (Lempung)
1-100
Ground Water (Air Tanah)
0.5-300
Claystones (Batu Lempung)
1 - 120
Magnetite (Magnetit)
0.01-1000
Dry Gravel (kerikil kering)
600-10000
Alluvium (Aluvium)
10-800
Gravel (Kerikil)
100-600
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Variasi Resistivitas Batuan dan Mineral (Santoso 2002)
Material
Resistivitas (Ωm)
Batuan Beku dan Metamorf
Granit
⁄
Basalt
⁄
Slate atau Batu Tulis
⁄
Marmer atau Pualam
⁄
Kwarsa
⁄
Batuan Sedimen
Batu Pasir
⁄
Batu Kapur atau Gamping
⁄
Tanah dan Air
Tanah Liat
Alluvial
Air Tanah
Air Asin
1-100
10-800
10-100
0.2
Tabel 2.3 Variasi Resistivitas Material Lapisan Bumi (Mori, 1993)
Bahan
Resistivitas (Ωm)
Pirit
Galana
Kwarsa
⁄
Kalsit
⁄
Batuan Garam
⁄
Mika
⁄
Garnit
⁄
Gabro
⁄
Basalt
⁄
Batuan Gamping
⁄
Batuan Pasir
⁄
Batuan Serpih
⁄
Dolomit
⁄
Pasir
⁄
Lempung
⁄
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Harga Tahanan Jenis Tanah (Astawa dkk, 2007)
Jenis Tanah
Tanah air laut
Tanah liat
Range Resistivitas (
0.1
)
10
8 – 10
Tanah sumur & sumber mata air
10 – 150
Tanah liat & campuran pasir
4 – 300
Serpih, batu-batu, pasir berbatu
10 – 100
Tanah gemuk/liat, lempung & lumpur
5 – 250
Danau dan tidak mempunyai kantong air
100 – 400
Berpasir
200 – 3000
Kerikil berbatu
40 – 10000
Kerikil punggung bukit
3000 – 30000
Granit padat
10000 – 50000
Es
10000 – 100000
2.5 PSEUDOSECTION
Pseudosection atau penampang 2D merupakan penampang untuk menggambarkan
hasil survei secara 2D dengan metode conturing pseudosection. Pseudosection
memberikan gambaran tentang distribusi nilai-nilai hasil pengukuran di lapangan
yang dapat berupa resistivitas, chargeabilitas, Percent Frequency Effect ataupun
metal factor di bawah permukaan bumi. Dalam hal ini posisi plotting point adalah
titik tengah horizontal ditempatkan di tengah-tengah dalam susunan elektroda
pengukuran, sedangkan titik lateral ditempatkan pada jarak yang proporsional di
tengah-tengah dalam susunan elektroda pengukuran (antara elektroda C1-P1) pada
arah vertikal ke bawah.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Susunan dari blok yang digunakan dalam model, bersama dengan
datum points dalam pseudosection
Pseudosection dapat dibuat secara manual pada saat pengambilan data di
lapangan dengan cara memplotkan nilai resistivitas semu dan chargeabilitas yang
terukur, kemudian dilakukan pengkonturan. Hal ini berfungsi sebagai gambaran
awal hasil pengukuran dan pengontrol kualitas data hasil pengukuran di lapangan,
yang selanjutnya dapat digunakan sebagai panduan interpretasi kuantitatif lebih
lanjut. Pseudosection dihasilkan dari proses pemodelan forward maupun
inversion, sehingga diperoleh nilai resistivitas dan chargeabilitas yang sudah
terkoreksi (topographic effect). Proses ini merupakan pendekatan terhadap
nilai resistivitas dan chargeabilitas yang sebenarnya. Kesalahan yang biasa
dilakukan adalah mencoba menggunakan pseudosection resistivitas semu maupun
chargeabilitas sebagai gambaran akhir untuk tahap interpretasi.
2.6 Software Res2Dinv
Res2Dinv adalah program komputer yang secara outomatis menentukan model
resistivitas 2 dimensi (2-D) untuk bawah permukaan dari data hasil survey
geolistrik. Program ini dapat digunakan untuk survey menggunakan konfigurasi
Wenner,
pole-pole,
dipole-dipole,
pole-dipole,
Schlumberger,
Wenner-
Schlumberger dan array dipole-dipole ekuator. Selain survey normal yang
dilakukan dengan elektroda-elektroda di permukan tanah, program ini juga
Universitas Sumatera Utara
mendukung suvey underwater dan cross-borehole. Pengerjaan dalam inverse
modeling pada software Res2Dinv ini pada umumnya hanya dua, yaitu inversi
secara otomatis dan menghilangkan efek yang jauh dari datum (titik-titik hasil
pengukuran yang tidak sesuai).
Metode Geolistrik adalah suatu teknik investigasi dari permukaan tanah untuk
mengetahui lapisan-lapisan batuan atau material berdasarkan pada prinsip bahwa
lapisan batuan atau masing-masing material mempunyai nilai resistivitas atau
hambatan jenis yang berbeda-beda. Tujuan dari survei Geolistrik adalah untuk
menentukan distribusi nilai resistivitas dari pengukuran yang dilakukan di
permukaan tanah. Nilai resistivitas atau sering disebut sebagai nilai resistivitas
sebenarnya (ρ) diperoleh berdasarkan resistivitas semu (ρa). Hubungan antara
nilai resistivitas sebenarnya (ρ) dan nilai resistivitas semu (ρa) merupakan
hubungan yang kompleks. Nilai resistivitas sebenarnya (ρ) diperoleh melalui
melalui proses inversi nilai resistivitas semu (ρa).
Hasil inverse merupakan distribusi nilai resistivitas material bawah
permukaan Bumi yang disebut Resistivity pseudosection atau inverse model
resistivity section. Model yang diperoleh melalui proses inverse akan selalu
memiliki nilai Residual Error atau Root Mean Squared Error (RMSE). Iterasi
dapat dilakukan beberapa kali untuk menurunkan nilai error yang ada. Iterasi
merupakan proses perhitungan ulang dari data yang dimasukkan dalam fungsi
matematis yang sama secara berulang-ulang untuk memperoleh hasil yang
diinginkan. Nilai RMSE berperan untuk memperlihatkan tingkat perbedaan dari
pengukuran nilai resistivitas material terhadap nilai resistivitas material yang
sebenarnya. Semakin besar nilai RMSE maka model yang diperoleh dari proses
inverse akan semakin halus. Besar kecilnya nilai RMSE dipengaruhi oleh bentuk
dan struktur bumi tempat elektroda dibentang, misalnya adanya keberadaan gua di
dalam tanah atau banyak akar pepohonan yang berada tepat di bawah bentangan
(Loke,2001).
Universitas Sumatera Utara