Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT METODE GEOLISTRIK TAHANAN JENIS
A. PENGANTAR Prinsip dasar metode ini adalah menginjeksikan arus listrik ke dalam bumi menggunakan dua buah elektroda arus, kemudian mengukur beda potensial melalui dua buah elektroda lainnya di permukaan bumi. Arus listrik yang diinjeksikan akan mengalir melalui lapisan batuan di bawah permukaan dan menghasilkan data beda potensial yang harganya bergantung pada tahanan jenis (resistivity) dari batuan yang dilaluinya. Fenomana inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui dan menentukan jenis batuan termasuk fluida apa saja yang ada di bawah permukaan. Metode ini telah banyak diaplikasikan dalam beberapa bidang seperti eksplorasi air tanah, mitigasi gerakan tanah (longsor), investigasi geoteknik, eksplorasi mineral, studi lingkungan (pencemaran air tanah), arkeologi. Dalam
survey geolistrik
terdapat
beberapa
tahapan
dalam
pengelolaan data. Pengelolaan tersebut meliputi persiapan alat dan bahan, akuisisi data lapangan, pengolahan data, analisis data dan penyajian hasil interpretasi.
B. PERALATAN Hal yang pertama yang dilakukan adalah persiapan peralatan dan bahan untuk keperluan survey. Adapun alat bahan yang digunakan antara lain:
1
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 1. Alat resistivitymeter tipe IPMGEO 4100 2. Elektroda 3. Empat buah kabel rol 4. Aki kering 5. GPS 6. Empat buah palu 7. Dua buah meteran 8. Laptop 9. Alat tulis menulis 10. Kamera. 11. Peta Lokasi penelitian (Peta topografi, Peta geologi dan lain-lain).
C. PERSIAPAN DAN PENGOPERASIAN Pastikan selektor putar amperemeter menunjuk pada mA dan selektor putar voltmeter menunjuk pada V, posisi ini tidak boleh berubah seperti ditunjukkan pada gambar 1. Aktifkan amperemeter dan voltmeter masing-masing dengan tombol POWER. Jika indicator battery muncul, mengindikasikan battery pada meter harus diganti. Masing-masing meter memiliki battery internal 9V yang terletak di dalam kompartement alat. Beberapa bagian seperti amperemeter, current transmitter dan connection test dilengkapi dengan pengaman berupa sekering (internal fuse) yang diletakkan di bagian dalam. Terdapat 6 buah sekering, 2 sekering pada masing-masing meter dan 2 sekering pada kontrol injektor. Periksa masing-masing sekering jika sistem alat tidak berfungsi.
2
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Aktifkan kedua meter melalui tombol POWER. Current transmitter dan connection test langsung aktif ketika dihubungkan dengan 2 buah battery eksternal. Battery yang digunakan sebaiknya accu kering dengan kapasitas masing-masing 12V 7Ah. Patuhi pula aturan pengisian battery menggunakan battery charger yang sesuai. Pasang keempat elektroda menurut konfigurasi dan metoda pengukuran
yang
digunakan.
Lakukan
pengujian
kontak
dengan
Conection Test untuk setiap pasangan elektroda (A-B dan M-N). Periksa koneksi setiap elektroda dengan tanah melalui tombol Connection Test yang ditandai oleh sinyal beep beberapa saat. Untuk mengeliminasi SP, tekan tombol REL ∆ pada voltmeter, maka tegangan terukur akan menjadi 0 V (SP tidak diukur).
Gambar 1. Resistivitymeter tipe IPMGEO 4100
3
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Untuk menghasilkan arus injeksi 100 mA, tekan INJECT, sedangkan untuk arus injeksi 200 mA, tekan BOOST bersamaan dengan INJECT. Proses injeksi akan terjadi jika Inject ditekan sampai selama 4 sampai 6 detik lalu berhenti otomatis. Jika sebelum 4 - 6 detik data arus dan tegangan sudah terbaca stabil (tidak berubah) maka proses pencuplikan dapat segera dilakukan dan proses injeksi pun segera dihentikan. Pencuplikan data dilakukan dengan menekan masing-masing HOLD sebelum proses injeksi berhenti. Data tegangan VMN dan arus IAB dilihat pada meter, kemudian tekan kembali masing-masing HOLD untuk mengembalikan status mode pengukuran. D. CARA PENGOLAHAN DATA Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang keempat 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. Konfigurasi Wenner Susunan elektroda pada konfigurasi Wenner diperlihatkan pada gambar di bawah, dimana jarak elektroda potensial P1P2 selalu 1/3 dari jarak elektroda arus C1C2. Jika jarak elektroda arus C1C2 diperlebar maka jarak elektroda potensial P1P2 juga diperlebar sehingga jarak elektroda potensial P1P2 tetap 1/3 dari jarak elektroda arus C1C2. Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian pembacaan tegangan pada elektroda MN lebih baik dengan angka yang relatif besar karena elektroda
4
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT MN yang relatif dekat dengan elektroda AB. Disini bisa digunakan alat ukur multimeter dengan impedansi yang relatif lebih kecil. sedangkan kelemahannya adalah tidak bisa mendeteksi homogenitas batuan di dekat permukaan yang bisa berpengaruh terhadap hasil perhitungan.
Gambar 2. Susunan elektroda konfigurasi Wenner
Faktor koreksi dari konfigurasi Wenner ini diberikan oleh persamaan K 2 a
….(1)
Dimana a adalah jarak (spasi) antar elektroda. Sehingga persamaan yang digunakan untuk menghitung tahanan jenis semu adalah:
a K
V I
5
…(2)
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Berikut
contoh
tabel
pengukuran
yang
digunakan
dalam
V2 (mV)
I1 (mA)
I2 (mA)
pengukuran geolistrik. NO DP (m) n a (m) K V1 (mV) 1 3 1 2 12.56 2 5 1 2 12.56 3 7 1 2 12.56 4 9 1 2 12.56 5 11 1 2 12.56 6 13 1 2 12.56 7 15 1 2 12.56 8 17 1 2 12.56 9 19 1 2 12.56 10 21 1 2 12.56 11 6 2 4 25.12 12 8 2 4 25.12 13 10 2 4 25.12 14 12 2 4 25.12 15 14 2 4 25.12 16 16 2 4 25.12 17 18 2 4 25.12 18 9 3 6 37.68 19 11 3 6 37.68 20 13 3 6 37.68 21 15 3 6 37.68 22 12 4 8 50.24 Keterangan: DP
: Datum Point (m)
n
: Bilangan Faktor
a
: Jarak antar elektroda terkecil (m)
K
: Faktor Koreksi Geometri (m)
V
: Beda potensial antar elektroda (Volt)
I
: Arus yang diinjeksi (Ampere)
ρa
: Tahanan jenis semu (Ohm.m)
6
ρa
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Berikut contoh hasil pengukuran data lapangan dan perhitungan tahanan jenis semu dengan menggunakan persamaan (2). NO
DP (m)
n
a (m)
K
V1 (mV)
V2 (mV)
Rata2
I1 (mA)
I2 (mA)
Rata2
RHO
1
3
1
2
12.56
783.0
783.0
783.0
8.0
4.0
6.0
1639.1
2
5
1
2
12.56
51.7
161.0
106.4
3.0
9.0
6.0
222.6
3
7
1
2
12.56
122.2
124.9
123.6
5.0
4.0
4.5
344.8
4
9
1
2
12.56
232.4
221.0
226.7
9.0
31.0
20.0
142.4
5
11
1
2
12.56
174.0
168.3
171.2
5.0
3.0
4.0
537.4
6
13
1
2
12.56
115.6
115.6
115.6
5.0
4.0
4.5
322.7
7
15
1
2
12.56
80.1
79.3
79.7
5.0
5.0
5.0
200.2
8
17
1
2
12.56
69.3
40.0
54.7
4.0
4.0
4.0
171.6
9
19
1
2
12.56
29.6
14.4
22.0
5.0
3.0
4.0
69.1
10
21
1
2
12.56
19.6
17.2
18.4
9.0
10.0
9.5
24.3
11
6
2
4
25.12
17.5
18.0
17.8
5.0
5.0
5.0
89.2
12
8
2
4
25.12
7.0
0.8
3.9
7.0
7.0
7.0
14.0
13
10
2
4
25.12
5.0
0.3
2.7
9.0
8.0
8.5
7.8
14
12
2
4
25.12
4.0
0.2
2.1
13.0
13.0
13.0
4.1
15
14
2
4
25.12
87.4
85.1
86.3
14
15
14.5
149.4
16
16
2
4
25.12
46
45.3
45.7
15
15
15.0
76.4
17
18
2
4
25.12
56.1
55
55.6
19
19
19.0
73.4
18
9
3
6
37.68
618
625
621.5
14
14
14.0
1672.7
19
11
3
6
37.68
393
402
397.5
12
12
12.0
1248.2
20
13
3
6
37.68
242.4
243.2
242.8
12
12
12.0
762.4
21
15
3
6
37.68
141.2
142.2
141.7
11
11
11.0
485.4
22
12
4
8
50.24
57.3
58.7
58.0
13
13
13.0
224.1
7
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Langkah
selanjutnya
adalah
membuat
penampang
bawah
permukaan 2D dengan menggunakan Software Res2dinv. 1. Membuat format data input Software Res2dinv dengan memanfaatkan Aplikasi notepad. KETERANGAN: Baris 1: Nama survey Baris 2: Jarak elektroda terkecil Baris 3: ID konfigurasi (1 = Wenner, 7 = Schlumberger) Baris 4: Jumlah datum point/data Baris 5: jenis data (1= resistivitas, 0 = IP) Baris 6: 0 = datum point, 1 = jarak x elektroda. Baris 7 dst : baris data (Kolom 1= dp, kolom 2 = a, dan kolom 3 = Rho. Diakhiri 0 4x.
Setelah data sudah dalam format seperti di atas maka file disimpan (save) dalam format teks (*.txt) atau data (*.dat) misal “pelatihan geolistrik.txt”. Kemudian buka software Res2dinv sehingga muncul tampilan seperti di bawah ini.
8
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 2. Klik Menu File Read data File muncul jendela input 2D resistivity data file pilih file (pelatihan geolistrik.txt) Open, maka akan muncul pesan konfirmasi bahwa reading of data file complete. Klik OK seperti pada gambar di bawah ini.
9
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 3. Klik Menu Inversion Choose logarithm of apparent resistivity muncul jendela Use Logarithm of Apparent Resistivity Pilih Use apparent Resistivity Klik OK
10
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 4. Klik Menu Inversion Least square inversion muncul jendela File Name For Inversion result Pilih File hasil Read Data Save. Kemudian Res2dinv akan melakukan inversi terhadap data lapangan yang diinput.
11
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 5. Setelah proses inversi selesai, maka akan muncul jendela Enter Additional Inversions. Ini memungkinkan pengguna untuk melanjutkan proses inversi hingga iterasi yang diinginkan jika model yang diperoleh masih belum sesuai. Untuk menambah iterasi, pengguna memasukkan salah satu angka 1 hingga 9. Untuk mengakhiri proses inversi, masukkan angka 0 atau klik Cancel.
12
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Konfigurasi Schlumberger Pada konfigurasi Schlumberger idealnya jarak MN dibuat sekecilkecilnya, 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.
Gambar 3. Susunan elektroda Konfigurasi Schlumberger
Faktor koreksi dari konfigurasi ini diberikan oleh persamaan
K
Dimana L
L
2
l2 2l
….(3)
C1C 2 PP dan l 1 2 2 2
Sehingga persamaan yang digunakan untuk menghitung tahanan jenis semu adalah:
a K
V I
13
…(4)
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Contoh tabel pengukuran geolistrik konfigurasi Schlumberger
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
MN (m) 1 1 1 4 4 4 4 10 10 10 10
MN/2 (m) 0.5 0.5 0.5 2 2 2 2 5 5 5 5
AB (m) 3 6 8 10 12 16 20 30 40 50 60
AB/2 K V1 V2 I1 I2 (m) (m) (mV) (mV) (mA) (mA) 1.5 6.280 3 27.475 4 49.455 5 16.485 6 25.120 8 47.100 10 75.360 15 62.800 20 117.750 25 188.400 30 274.750
KETERANGAN: AB
: Jarak elektroda arus listrik (A)
MN
: Jarak elektroda tegangan listrik (Volt)
K
:Faktor koreksi geometri
V
: Beda potensial antar elektroda (Volt)
I
: Arus yang diinjeksi (Ampere)
ρa
: Tahanan jenis semu (Ohm.m)
14
ρa (Ω m)
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Contoh data hasil pengukuran geolistrik konfigurasi Schlumberger
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
MN/2 AB/2 K (m) (m) (m) 0.5 1.5 6.280 0.5 3 27.475 0.5 4 49.455 2 5 16.485 2 6 25.120 2 8 47.100 2 10 75.360 5 15 62.800 5 20 117.750 5 25 188.400 5 30 274.750 10 40 235.500 10 50 376.800 10 60 549.500 Software
yang
V1 (mV) 783.0 51.7 122.2 232.4 55.8 115.6 80.1 69.3 29.6 19.6 17.5 7.0 5.0 4.0
digunakan
V2 (mV) 783.0 161.0 124.9 221.0 94.7 115.6 79.3 40.0 14.4 17.2 18.0 0.8 0.3 0.2 dalam
Vrata I1 I2 (V) (mA) (mA) 783.0 8.0 4.0 106.4 3.0 9.0 123.6 5.0 4.0 226.7 9.0 31.0 75.3 5.0 3.0 115.6 5.0 4.0 79.7 5.0 5.0 54.7 4.0 4.0 22.0 5.0 3.0 18.4 9.0 10.0 17.8 5.0 5.0 3.9 7.0 7.0 2.7 9.0 8.0 2.1 13.0 13.0 mengolah
data
Irata ρa (A) (Ω m) 6.0 819.5 6.0 487.0 4.5 1357.8 20.0 186.9 4.0 472.6 4.5 1209.9 5.0 1201.2 4.0 858.0 4.0 647.6 9.5 364.9 5.0 975.4 7.0 131.2 8.5 117.5 13.0 88.8
geolistrik
konfigurasi Schlumberger adalah IP2WIN. IP2WIN adalah software yang digunakan untuk mengolah data geolistrik dari satu atau lebih titik VES (Vertical Electrical Sounding). IP2WIN mengolah data geolistrik yang menggunakan metode IP (Induced Polarization) dengan berbagai macam konfigurasi
misalnya
Schlumberger,
Wenner‐α,
Wenner‐β,
dan lain‐lain. Penggunaan IP2Win mencakup beberapa tahap. Tahapan dalam penggunaan software IP2WIN adalah input data, koreksi error data, penambahan data, dan pembuatan cross section. Input data dapat dilakukan dari data langsung lapangan (masih berupa data AB/2, V, I, dan K) atau data tak langsung (berupa data AB/2 dan Rho_a).
15
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT Data hasil olahan IP2win berupa data resistivity layer, grafik log resistivity terhadap AB/2, resistivity cross Section, serta pseudo cross section. Data hasil olahan dapat diexport dalam berbagai macam pilihan data. Kelemahan yang paling mendasar dalam IP2Win adalah bahwa software ini banyak terdapat bug atau error‐error kecil sehingga dalam tahapan pengolahan tertentu, program harus direstart (mengeluarkan program kemudian menjalankan program kembali). Langkah – langkah pengolahan data geolistrik sebagai berikut 1. Buka Software IP2WIN sehingga muncul jendela utama software tersebut seperti gambar berikut.
16
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 2. Klik menu File New VES Point Pada jendela New VES Point, copy data AB/2 di table hasil pengukuran lapangan ke table AB/2 di jendela New VES Point dan tahanan jenis semu
ke kolom Ro_a,
kemudian klik OK. Setelah itu muncul jendela save as untuk menyimpan data dalam format data (*.dat).
17
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT
Gambar di atas memperlihatkan hasil kurva maching beserta ketebalan layernya.
18
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 3. Klik menu Point Inversion Option akan muncul jendela option. Untuk kolom minimal error (%) dan maximal error (%) diatur pada angka 0, sedangkan kolom min layer number diatur sesuai dengan banyaknya layer yang diinginkan misalnya 8 layer. Setelah itu klik OK, kemudian klik inversi untuk mendapatkan hasil inversi dari beberapa layer seperti pada gambar berikut.
19
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT
Dari gambar di atas terdapat tiga kurva yaitu kurva lapangan (hitam), kurva model (merah) dan kurva inversi (biru). Kurva inversi menggambarkan variasi tahanan jenis terhadap kedalaman dan ketebalan lapisan.
20
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT MEMBUAT KORELASI ANTAR TITIK SOUNDING Dalam membuat korelasi antartitik sounding diperlukan lebih dari satu titik sounding. Misal kita telah memiliki dua data titik sounding yang akan dikorelasikan (SD1 dan SD2). Langkah - langkah yang ditempuh sebagai berikut 1. Pilih menu File Open Pilih file data titik sounding pertama (SD1) Open
21
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT
2. Pilih menu File Add File Pilih File titik Sounding kedua Open, kemudian muncul jendela save united profile. Pada
jendela save
united profile, kotak file name ketik nama file (SD12) kemudian klik save.
22
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT
23
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 3. Setelah itu akan muncul Profile comment. Pada kolom Array type pilih jenis konfigurasi yang digunakan misal Schlumberger. Dalam koordinat table ketik nama masing – masing titik sounding (SD1 dan SD2), dan jarak antar titik sounding misal 50 m. kemudian klik OK.
24
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT 4. Hasil korelasi antar titik sounding yang telah dibuat dapat di ekspor ke dalam format lain seperti surfer, bmp dan lain – lain.
25
Modul Pelatihan Geolistrik 2013 Aryadi Nurfalaq, S.Si., MT DAFTAR NILAI RESISTIVITAS BEBERAPA MATERIAL PENYUSUN BATUAN BAWAH PERMUKAAN Nilai resistivitas (m)
Jenis Material Air Permukaan
80 – 200
Air Tanah
30 – 100
Air dalam lapisan alluvial
10 – 30
Air Sumber
50 – 100
Pasir dan kerikil
100 – 1.000
Pasir dan kerikil yang mengandung air tawar
50 – 500
Pasir dan kerikil yang mengandung air asin
0,5 – 5
Batu lumpur
20 – 200
Konglomerat
100 – 500
Lempung
2 – 20
Napal
20 – 200
Batu gamping
300 – 10000
Batu pasir lempung
50 – 300
Batupasir kwarsa
300 – 10000
Tufa gunungapi
0,5 – 5
Lava
300 – 10000
Serpih mengandung granit
0,5 – 5
Serpih lempung selingan
100 – 300
Serpih
300 – 3000
Gneis, granit selingan
100 – 1000
Granit
1000– 10000
(Sumber : Halmer Helide. 1984.Tugas Akhir Jurusan Fisika ITB, Bandung)
26
