Metode Tahanan Jenis ( Geolistrik )

Pada bahasan ini kita akan memahami konsep fisika yang terlibat pada metode tahanan jenis bawah permukaan tanah. Tentunya temen temen tahu bahwa batuan dan mineral yang ada di bumi memiliki sifat listrik. Sifat listrik batuan maupun mineral terdiri atas potensial listrik alami, konduktivitas listrik, dan konstanta dielektrik. Konduktivitas listrik adalah sifat yang paling dominan dibandingkan yang lainnya. 

Arus listrik dapat mengalir pada batuan mineral melalui 3 cara yaitu

1. Konduksi elektronik

Konduksi elektronik merupakan aliran elektron bebas yang terdapat pada batuan maupun mineral. Karena pada batuan/ mineral ini terdapat banyak elektron bebas didalamnya sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan/ mineral oleh elektron bebas.

2. Elektrolitik

Konduksi elektrolitik terjadi ketika pori – pori batuan atau mineral yang terisi oleh fluida elektrolitik, dimana aliran muatan terjadi melalui aliran aliran ion elektrolit. Intinya adalah arus listrik dibawa oleh ion ion elektrolit.

3. Dielektrik

Konduksi dielektrik terjadi bila batuan atau mineral berperan sebagai dielektrik ketika dialiri arus sehingga terjadi polarisasi pada batuan ataupun mineral tersebut.

Konduktivitas listrik ( σ kebalikan dari resistivitas ) bergantung pada porositas batuan dan mobilitas dari air ( atau fluida lainnya ) untuk melewati ruang berpori ( bergantung pada sifat mobilitas ionik dan konsentrasi larutan, viskositas ( ɳ )temperatur , dan tekanan.  Ada beberapa jenis potensial yang menyebabkan anomali self potensial. 

Tabel 1. Sumber batuan dan jenis anomalinya

Pada eksplorasi kondisi bawah permukaan tanah  terdapat berbagai macam metode, salah satunya adalah metode geolistrik. Dengan metode geolistrik, kita dapat menyelidiki sifat aliran listrik didalam bumi kemudian mengukur respon berupa beda potensial, arus listrik, dan medan elektromagnetik ( baik yang alami maupun injeksi ).  Metode tahanan jenis ( resistivitas ) menggunakan sumber arus listrik. Arus listrik diinjeksikan ke tanah melalui elektroda elektroda arus. Pengukuran beda potensial dilakukan dengan menggunakan elektroda potensial yang ditancapkan pada tanah di daerah sekitar tempat arus listrik diinjeksikan.

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 ekipotensial. Metode resistivitas ini sering dimanfaatkan dalam dunia eksplorasi untuk beberapa keperluan antara lain untuk pencarian reservoir geothermal dan ekplorasi air tanah. 

Terdapat beberapa macam susunan/ konfigurasi elektroda untuk akuisisi data pada resistivitas. Secara umum konfigurasi elektroda pada akuisisi data adalah

Gambar 1. Konfigurasi elektroda pada akuisisi data

Nilai  ( apparent resistivity ) dapat diperoleh dengan menggunakan hubungan :

Dengan  adalah beda potensial antara titik M dan N, I adalah arus, dan K adalah faktor konfigurasi yang bernilai :

Beberapa macam konfigurasi yang telah ada antara lain konfigurasi Wenner, Schlumberger, pole – dipole, dipole – dipole, dan sebagainya. Penggunaan konfigurasi – konfigurasi tersebut memiliki keunggulan dan kelemahan masing masing bergantung pada keperluan pengguna. Sebagai contoh, konfigurasi wenner paling baik digunakan untuk keperluan lateral mapping, sedangkan konigurasi Schlumberger biasanya digunakan untuk keperluan vertical sounding. Berikut saya lampirkan konfigurasi Schlumberger dan konfigurasi elektroda Wenner.

1. Konfigurasi Elektroda Schlumberger

 Gambar 2. Skema Konfigurasi Schlumberger

Pada konfigurasi Schlumberger ini MN digunakan sebagai elektroda potensial dan AB digunakan sebagai elektroda arus. Pada konfigurasi ini nilai MN < AB, bisa kita lihat pada persamaan 1 dan 2 maka kita dapatkan nilai Ksnya adalah

Umumnya metode Schlumberger ini dilakukan dengan jarak elektroda AB dibuat 10 kali atau lebih terhadap jarak elektron MN. Namun metode ini dapat dilakukan dengan jarak AB < 10 MN asal jarak L > 4l.

2. Konfigurasi Elektroda Wenner

  Gambar 2. Skema konfigurasi Wenner

Konfigurasi Wenner digunakan pada jarak yang sama antara elektroda. Dalam konfigurasi ini AM = MN = NB. Pada konfigurasi ini persamaan relativitasnya menjadi 

Dengan Kw = 2Πa

Pada konfigurasi ini, jarak antar elektroda a harus seragam untuk setiap pengukuran. Bila jarak elektroda AB 12 m, maka jarak elektroda MN 4 m dan demikian seterusnya. Sedangkan menurut  referensi yang diperoleh 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 3. 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 (Sakka, 2001).

  Gambar 3. Pengaturan Elektroda konfigurasi Wenner – Schlumberger 

Cara pengukuran metode resistivitas yang biasa digunkan dalam akuisisi data lapangan memiliki fungsi yang berbeda beda. Disini akan dibahas tentang Lateral Mapping dan Vertical Sounding seperti yang sudah diberitahukan sebelumnya.

1. Lateral Mapping

Pada lateral mapping cara ini digunakan untuk mengetahui kecenderungan harga resistivitas di suatu areal tertentu. Setiap titik target akan dilalui beberapa titik pengukuran. Ilustrasinya ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4. Teknik akuisisi Lateral mapping

Gambar diatas menunjukkan skema akuisisi data secara mapping dengan menggunakan konfigurasi Wenner. Untuk pengukuran pertama ( n=1), spasi antar elektroda dibuat sama besar a. Setelah pengukuran pertama dilakukan, elektroda selanjutnya digeser ke kanan sejauh a ( C1 bergeser ke P1, P1 bergeser ke P2, P2 bergeser C1 ) sampai jarak maksimum yang diinginkan.

2. Vertical Sounding

Cara ini digunakan untuk mengetahui distribusi harga resistor di bawah suatu titik sounding di permukaan bumi. Cara ini sering disebut sounding  1-D sebab resolusi yang dihasilkan hanya bersifat vertical. Ilustrasi ditujukkan oleh gambar 5. 

 Gambar 5. Teknik akuisisi vertical Sounding

Pada skema ini akuisisi data secara sounding dengan menggunakan konfigurasi Schlumberger, pengukuran pertama dilakukan dengan jarak antar spasi C1-P1 dan C2-P2 adalah a. Dari pengukuran tersebut diperoleh satu titik pengukuran kedua ( n-2) sampai kedalaman atau jarak yang diinginkan.

Referensi

1. Telford, WM, 1990. Applied Geophysics Second Edition, Cambridge University

2. Viridi S Hilfan K, dkk. 1995 Modul Semester Break Fisika Bumi. Jurusan Fisika ITB Bandung

3. Modul Eksperimen fisika, Metoda Geolistrik Tahanan Jenis.pdf, Jurusan Fisika ITB Bandug

4. Kanata, Bulkis, dan Teti Zubaidah.2008. Aplikasi Metode Geolistrik Tahanan Jenis Konfigurasi Wenner Schlumberger Untuk Survey Pipa Bawah Permukaan. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram.