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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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
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
(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:
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.
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
(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;
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
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
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
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
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
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.