METODE EKSPLORASI MINERAL
1. Metode
CSAMT
(Metode
Controlled
Source
Audio-frequency
Magnetotelluric)
Metode Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric (CSAMT) merupakan salah satu metode eksplorasi geofisika dengan menggunakan sistem induksi elektromagnetik untuk mengetahui nilai resistivitas batuan bawah permukaan bumi. Pengambilan data dengan metode CSAMT mampu menembus kedalaman >1 km dibawah permukaan bumi. Oleh sebab itu metode ini banyak digunakan untuk analisa geologi bawah permukaan, terutama dalam eksplorasi bahan tambang. Untuk keperluan studi stratigrafi bawah permukaan, metode CSAMT belum banyak dilakukan. Kesulitan terutama muncul karena suatu litologi tertentu memiliki nilai jangkauan resistivitas yang lebar dan seringkali sama dengan litologi lainnya. Untuk itu kalibrasi dengan data sumur bor yang tersedia merupakan langkah terbaik dalam interpretasi stratigrafi dengan data CSAMT. Teknik survei konvensional magneto-telurik, seperti sumber-alam MT dan MT frekuensi audio, memanfaatkan magnetik dan komponen listrik alami bidang magneto-telurik dalam rangka untuk variasi peta di bawah permukaan resistivitas untuk kedalaman hingga beberapa ratus kilometer. CSAMT adalah spesifik penurunan sumber konvensional alam dan magneto frekuensi audio-telurik metode yang memanfaatkan sumber buatan (Biasanya dalam kisaran 0.1Hz untuk 10kHz) di samping bidang alam. Ini menyediakan data lebih detail dan sinyal sin yal kuat dan memungkinkan pencitraan dangkal sasaran daripada yang akan mungkin dengan sinyal frekuensi rendah.
Gambar 1. Pengolahan data metode CSAMT
Variasi temporal Bumi magnetosfer dan ionosfer, yang disebabkan oleh faktor-faktor seperti matahari dan angin variasi magnet bumi lapangan, mengakibatkan frekuensi alami rendah magneto-telurik bidang di seluruh dunia yang menyebabkan arus bolak telurik dalam tanah. Konvensional magneto-telurik survei teknik, seperti sebagai MT-sumber alam dan audio MT frekuensi, memanfaatkan magnet dan listrik komponen bidang MT dan arus untuk variasi peta di resistivitas bawah permukaan untuk kedalaman sampai beberapa ratus kilometer. Namun, sifat tidak menentu sumber dalam hal kekuatan dan arah berarti bahwa sinyal harus disusun untuk jangka waktu yang lama di setiap stasiun. CSAMT adalah turunan spesifik konvensional-sumber alam dan audio frekuensi magneto-telurik metode, yang menggunakan sumber buatan (biasanya dalam kisaran 0.1Hz untuk 10kHz) untuk mempercepat akuisisi data dan menyediakan lebih detail dan sinyal yang kuat. Sumber biasanya terdiri baik loop atau panjang dipol membumi hingga beberapa kilometer. Dipole mungkin dikombinasikan dengan kedua ortogonal pemancar dalam rangka menyediakan dua sumber polarisasi. Serentak pengukuran dari lima terpisah parameter yang diambil di setiap lokasi; dua komponen medan listrik dan tiga komponen magnet lapangan. Medan listrik pengukuran diperoleh menggunakan ortogonal dipol
sementara magnetik vektor lapangan diukur menggunakan multiturn permeabilitas tinggi koil. Modern instrumen CSAMT juga memungkinkan pengukuran alam dan audiofrequensi sinyal MT dalam rangka memberikan kedalaman eksplorasi diperpanjang rentang (yang frekuensi rendah semakin besar kedalaman penyelidikan). Resistivitas semu adalah dikombinasikan dengan ukuran fase perbedaan antara listrik dan magnetik komponen. Lebih dari isotropik homogen tanah magnetik komponen akan tertinggal di belakang listrik komponen dengan Pi/4. Namun, jika resistivitas bervariasi dengan kedalaman perbedaan fasa terukur akan berbeda. Bersama inversi data menggunakan kedua fase dan resistivitas semu memberikan lebih kuat interpretasi. Data biasanya ditampilkan sebagai resistivitas semu versus frekuensi dan beda fase versus frekuensi plot. Hasil menath dari survei CSAMT adalah sering ditampilkan dalam grafik log-log resistivitas semu dan fase terhadap frekuensi. Namun, merencanakan sejumlah konvensi lainnya dapat diterapkan tergantung pada parameter tertentu yang sedang diukur. Kombinasi inversi resistivitas 1D atau fase gabungan / resistivitas inversi mengarah pembentukan 2D pseudosections dari resistivitas terhadap kedalaman. Dalam gambar daerah resistivitas rendah ditampilkan warna biru, resistivitas tinggi dalam merah.
Gambar 2. Hasil pengolahan data metode CSAMT
Pada metode CSAMT ini terdapat beberapa efek – efek yang nantinya akan mengakibatkan penyimpangan dan berakibat pada data yang diperoleh. Berikut dijelaskan beberapa efek pada metode CSAMT : 1.
Efek Statik
Penyimpangan data CSMAT karena adanya heterogenitas lokal dekat permukaan dan factor topografi 2. Efek Topografi Penyimpangan data CSAMT karena adanya factor toprogafi 3. Efek Sumber a. Efek nonplane – wave Merupakan penyimpangan dari apparent resistivity dan beda fase yang dekat dengan sumber. b. Efek Source Overprintu Merupakan pembacaan data yang bergeser. Jika terjadi ini kita harus melakukan normalisasi agar meminimalisir terjadinya overprint. c. Efek Bayangan ( shadow ) Merupakan efek yang timbul dari filtur geologi lokal antara sumber dan sounding. 4. Noise ( Gangguan ) Noise merupakan suatu gangguan saat pengambilan data CSAMT sehingga mengakibatkan data yang diperoleh pada CSAMT mengalami sedikit penyimpangan. ( Ubaidillah, 2012 ) a. Operator error Ini merupakan kesalahan dari si operator saat proses akusisi data. Kesalahan ini dapat disebabkan oleh si pengguna alat, di mana si operator tersebut salah memasang kabel – kabel serta salah memasnag kofigurasi medan magnet dan medan listrik. b. Instrumentation noise Kesalahan yang disebabkan oleh instrument yang digunakan, missal : impedansi rendah di receiver serta pemasangan sambungan kabel yang kurang sempurna.
c. Cultural noise Kesalahan yang disebabkan oleh lingkungan sekitar. Contoh : adanya logam besar dan stasiun radio yang membawa sinyal tersebut sehingga berpengaruhterhadap kualitas data medan magnet dan medan listrik yang terukur. Cara
menghindari gangguan ini adalah dengan mendesain pengukuran yang
baik. d. Atmospheric / telluric noise Kesalahan yang disebabkan oleh aktivitas atmosfer dan arus telluric di dalam bumi. Kasus noise yang bersumber dari atmosfer dapat berupa petir yang memiliki freikuensi tinggi dan tidak dapat diprediksi kapan akan terjadinya, untuk menghindarinya digunakan low pass filter. e. Wind noise Kesalahan yang diakibatkan karena adanya pergerakan angin, angin ini akan menggerakkan antenna medan magnet sehingga sinyal pengukuran yang dihasilkan akan kurang baik. Untuk menghindarinya antenna medan magnet harus dikubur dalam tanah agar terhindar dari getaran atau goncangan angin tersebut. Untuk mengurangi atau menghilangkan data jelek akibat dari adanya noise dapat dilakukan dengan proses smoothing pada saat melakukan pengolahan data menggunakan software CMTPro. 2. Metode VLF-EM
Metode VLF-EM merupakan salah satu dari berbagai macam metode Geofisika yang memanfaatkan parameter frequensi. Metode ini tergolong metode geofisika pasif, karena pada kerjanya metode ini hanya menangkap sinyal-sinyal frequensi dari stasiun-stasiun yang ada diselur dunia. seperti namanya, metode ini memanfaatkan sinyal pemancar radio berfrekuensi rendah. Metode
VLF-EM
ini
pada
dasarnya
memanfaatkan
medan
elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi sangat rendah (15 – 30 KHz) dengan daya sangat besar yang pada awalnya digunakan untuk keperluan sistem navigasi kapal selam. Metoda VLF-EM ini dalam pelaksanaan pengukuran di lapangan hanya menggunakan sinyal dari satu frekuensi saja (single frequency). Medan EM yang diukur oleh alat ukur VLF-
EM adalah medan kompleks total ( H R) yang terdiri dari komponen real (inphase), imajiner (quadrature), total-field , dan tilt-angle. Besar nilai yang terukur keempat komponen tersebut akan sangat tergantung kepada nilai konduktivitas benda bawah permukaannya.
Gambar. 3 . Stasiun VLF di dunia (yang paling sering digunakan Indonesia adalah stasiun j epang dan australia)
Kegiatan suvey geofisika yang menggunakan sinyal radio VLF-EM dimulai sejak tahun 1960-an untuk penyelidikan prosfek mineral konduktif (McNeill dan Labson, 1987; Paal, 1965), memetakan patahan dan pemetaan kontaminasi airtanah dikombinasikan dengan metoda resistivitas (Benson dkk., 1997), studi kebencanaan dan lingkungan (Jeng dkk., 2004), pemetaan sistem rekahan di bawah permukaan untuk studi zona mineralisasi emas (Tijani dkk., 2009), studi pasca pondasi (Ofomola dkk., 2009), sedangkan interpretasi VLF-EM dengan memaanfaatkan struktur anomali 3D dengan menggunakan teknik filter linier diperkenalkan oleh (Djeddi dkk., 1998). Bosch & Müller (2001) mensintesakan penggunaan metoda VLF-EM untuk berbagai keperluan, diantaranya; memetakan pencemaran, eksplorasi air bawah tanah yang dikombinasikan dengan metoda VES (Nandakumar dkk., 1983), delineasi zona sedimentasi (Oskooi, dan Pedersen, 1995), dan lain sebagainya.
Kelemahan Metoda (single survey): a) Instrumen juga merekam banyak noise b) K ondisi bawah permukaan kemungkinan tidak cukup memperlihatkan kontras anomali c) Overlapping anomali sulit dibedakan dalam tahap interpretasi
Medan
elektromagnetik
primer
sebuah
pemancar
radio
VLF-EM
memiliki komponen medan listrik vertikal E pz dan komponen medan magnetik horizontal yang tegak lurus terhadap arah perambatan pada sumbu-x (Bosch dan Mullёr, 2001). Medan elektromagnetik H Py yang dipancarkan antena pemancar radio VLF-EM selanjutnya akan diterima stasiun penerima dalam empat macam perambatan
gelombang, yaitu; gelombang
langit,
gelombang
langsung,
gelombang pantul dan gelombang terperangkap.
Gambar 4 . jenis-jenis penjalaran gelombang pada metode VLF
Adapun yang paling sering dimanfaatkan dan terukur sewaktu pengukuran data VLF-EM di daerah survey adalah gelombang langit. Jika di bawah permukaan terdapat suatu
medium yang
bersifat
konduktif,
maka
komponen medan magnetik dari gelombang elektromagnetik primer akan menginduksi medium tersebut sehingga akan menimbulkan medan listrik
induksi, E Sx. Medan
listrik
induksi
tersebut
akan
menimbulkan
medan
elektromagnetik baru yang disebut medan elektromagnetik sekunder, H S , yang mempunyai komponen horizontal dan vertikal. Medan magnetik ini mempunyai bagian yang sefase (in-phase) dan berbeda fase (out-of-phase/quadrature) dengan medan primernya. Adapun besar medan elektromagnetik sekunder sangat tergantung dari sifat konduktivitas benda di bawah permukaannya. 3. Metode IP
Metode polarisasi terinduksi ( Induced Polarization / IP) adalah metode yang masih relatif baru dibandingkan metode lainnya dan sedang berkembang pesat terutama dalam bidang pertambangan yaitu eksplorasi mineral ekonomis dan geofisika lingkungan. Metode IP sendiri merupakan bagian dari metode geolistrik yang menggunakan sumber buatan. Metode IP pada dasarnya adalah merupakan pengembangan dari metode geolistrik resistivity dan metode IP terbukti mampu menutupi kelemahan-kelemahan metode resistivity pada berbagai kasus. Oleh karena metode IP merupakan pengembangan dari metode resistivity maka teknis dan cara pengambilan data atau pengukuran dilapangan tidak jauh berbeda. Metode IP sesuai dengan namanya mengukur adanya polarisasi di dalam medium karena pengaruh arus listrik yang melewatinya. Polarisasi umumnya banyak terjadi pada medium yang memiliki kandungan mineral logam (misalnya senyawa sulfida logam). Sehingga metode IP lebih banyak dan lebih tepat digunakan untuk eksplorasi mineral logam. Bila dalam medium banyak terjadi polarisasi karena pengaruh arus yang dilewatkan padanya, maka beda potensial terukur pada elektroda potensial tersebut tidak segera menjadi nol pada saat arus dimatikan, melainkan timbul potential decay yang akan menjadi nol dalam waktu beberapa detik atau sampai menit. Peristiwa ini bukan disebabkan oleh induksi elektromagnetik (karena induksi elektromagnetik akan hilang hanya dalam beberapa mikrodetik), tetapi disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadi pada daerah yang banyak mengandung senyawa logam.
Efek polarisasi terinduksi merupakan elemen dasar yang terjadi pada metode IP, dimana gejala polarisasi terinduksi dapat diilustrasikan sebagai berikut, jika suatu pengukuran tahanan jenis dengan konfigiurasi empat elektroda (standar), dimana pada elektroda arus (C 1 dan C 2) dialiri arus searah ( DC ) maka pada elektroda potensial ( P 1 dan P 2) akan terukur beda potensial ( ΔV ). Ketika aliran arus pada elektroda (C 1 dan C 2) dimatikan, pada waktu t 0 maka nilai beda potensial tidak langsung kembali menjadi nol, melainkan secara perlahan mengalami penurunan beda potensial menuju nol. Grafik yang menggambarkan efek polarisasi terinduksi dapat dilihat pada gambar.
Gambar 5. Kurva Efek Polarisasi
Apabila arus listrik dialirkan ke dalam medium, maka terjadi penyimpanan energi di dalam medium dalam bentuk energi mekanik, energi listrik atau energi kimia. Hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa penyimpanan energi dalam bentuk energi kimia adalah hal yang paling penting dalam metode polarisasi. Pada saat arus listrik diputus maka energi yang tersimpan dalam medium akan dilepaskan kembali dalam bentuk energi listrik yang dalam metode IP terukur sebagai potential decay V(t). Energi yang tersimpan dalam medium mengakibatkan variasi mobilitas ion dalam larutan yang mengisi pori-pori batuan, atau variasi daya hantar listrik ionik dan elektronik bila dalam batuan terdapat mineral logam. Efek polarisasi yang
pertama disebut polarisasi membran, sedang yang kedua disebut polarisasi elektroda atau overvoltage. a. Pengumpulan Data Lapangan Dalam survey IP selalu dipakai elektroda porouspot sebagai elektroda potensialnya, dimaksudkan untuk mengurangi polarisasi pada elektrodanya sendiri. Sedangkan elektroda arus tetap menggunakan elektroda baja anti karat ( stainless steel ). Survei IP biasanya menggunakan susunan elektroda Diferensial Schlumberger untuk pemetaan kearah lateral. Elektroda arus dipasang pada daerah survey pada jarak 2L, sedangkan elektroda potensial diletakkan diantara elektroda arus pada satu garis dengan jarak 2l , dimana 2l<<2L.
Gambar 6. Konfigurasi Diferensial Schlumberger
− ∆ = 2 − ( ) Untuk melakukan survey dua dimensi dilakukan dengan susunan elektroda dipole-dipole, yaitu elektroda arus C1&C2 diletakkan pada jarak a, sedang elektroda potensial P1&P2 juga berjarak a, diletakkan diluar elektroda arus dalam satu garis survey dengan jarak C2&P1 sebesar na, dimana n = 1, 2, 3, 4, 5, dst.
Gambar 7. Konfigurasi Dipole-Dipole
= 2 + 1 + 2 ∆ Dengan penggambaran semacam ini maka diperoleh data-data pada dua dimensi sesuai harga n yang dipilih pada survey. Selanjutnya dapat dibuat kontur yang menunjukkan variasi resistivitas kearah lateral dan kearah kedalaman. Karena kedalaman belum menunjukkan kedalaman yang sebenarnya, maka kontur ini disebut dengan pseudo depth section.
A.
Alat-alat Survey
Peralatan yang digunakan dalam survey geofisika metode IP sama dengan metode resistivity. Biasanya metode resistivity dan IP dilakukan bersamaan atau jika memungkinkan dilakukan juga survey geofisika metode SP. Secara umum alat yang digunakan adalah: (a)
Transmitter Sebuah generator DC tegangan tinggi yang dapat menghasilkan
gelombang kotak yang bervariasi. Terkadang juga generator AC bertegangan 110
atau 208 V, 400 Hz, dengan daya antara 1 sampai 10 kVA atau lebih. Umumnya transmitter portabel untuk time-domain juga ada yang berdaya 100 W, menggunakan baterai yang memungkinkan untuk dilakukan pengisian dan menghasilkan tegangan tinggi. (b)
Receiver Penerima sinyal yang hasilkan oleh transmitter terhadap permukaan tanah.
Sederhananya hanya voltmeter saja sudah cukup, hanya saat ini sudah berkembang seiring dengan perkembangan teknologi yaitu menggunakan komputerisasi. (c)
Time-domain Receiver Pada dasarnya sebuah integrator voltmeter dengan jangkauan dari DC
sampai AC dengan frekuensi yang sangat rendah, untuk mengukur tegangan decay terhadap waktu. (d)
Frequency-domain Receiver Setidak-tidaknya dan kadang-kadang beberapa, frekuensi dapat tersedia
dari transmitter, dalam rentang 0,1 samapi 10 Hz. Tipe set lapangan beroperasi dari 0,3 dan 5 Hz frekuensi DC. Untuk frekuensi DC yang rendah lebih efisien untuk mengganti voltase DC dengan mechanical switching . Arus yang keluar 05% atau lebih. (e)
Magnetic IP Equipment
(f)
Spectral-phase Equipment
(g)
Electrodes and Cables Elektrode yang umum biasanya berbentuk tiang logam dalam kerja
resistivitas. Kadang-kadang bila diperlukan untuk menggunakan aluminium foil dalam lubang dangkal. Pot yang berongga kecil sering digunakan untuk elektrodo potensial karena frekuensi yang rendah. Kabel arus harus dapat menahan voltase yang tinggi pada 5-10 kV. Pemancar IP Time Domain mengirimkan arus dengan cycle ON (+), OFF dan ON (-), gelombang semacam ini disebut Castle Waveform. Durasi (lama) pengiriman arus positif saat mati dan negatif sama dapat dipilih dari 1 sampai 32 detik, terdiri
dari 6 pilihan yaitu 1, 2, 4, 8, 16 dan 32 detik. Besar arus yang dikirim dapat dipilih, sedang sumber daya menggunakan generator 5000 watt. Bagian penerima dapat mencatat 8 pasang dipole secara serentak. Parameter yang dicatat adalah tegangan primer V p, self potensial SP, serta harga M (chargeability). Bila posisi elektroda, jarak dipole, dimasukkan sebagai input data, maka harga faktor geometri akan dihitung langsung oleh alat. Pemilihan durasi dari pengiriman arus (dari transmitter ) harus dimasukkan sebagai data ke receiver agar pengukuran yang dilakukan oleh receiver dapat syncron dengan arus yang dikirim. Sebelum memulai pengukuran alat ini juga dapat menampilkan “noise” pada layar monitornya untuk setiap dipole, sehingga bila noise terlalu besar dapat dicari dulu penyebabnya sebelum memulai pengukuran. Selanjutnya alat ini dapat menghitung lebih lanjut parameter-parameter untuk keperluan interpretasi yaitu true chargeability dan time constant (parameter Cole-Cole). Berikut bagian bagian alat yang digunakan : a) IP Scintrex, meliputi : a. Motor Generator TSQ-4 b. Transmitter Control TSQ-3 c. Receiver Time Domain IPR-12 b) Peralatan Pendukung, meliputi :
1 gulung meteran @ 200 m
2 kabel gulung @ 200 m (kabel arus I)
5 kabel gulung @ 400 m (kabel potensial P)
2 elektroda arus (logam)
5 elektroda potensial (porous-pot)
1 perangkat tool set
1 buah multimeter
1 buah kompas geologi
3 buah Handy-Talky (HT)
CuSO4
1 buah palu geologi
2 buah palu
Buku lapangan dan alat tulis
Payung
b. Interpretasi Data Interpretasi dalam metode IP masih dilakukan secara semikuantitatif yaitu dengan membandingkan hasil lapangan dengan model (matematis/teori atau model fisis). Kenampakan hasil dari IP biasanya dibuat dalam profil yang mudah, metal factor atau efek persen frekuensi diplot sebagi ordinat berlawanan lokasi stasiun dibagian horisontal.
