Laporan Tomografi Tahanan Jenis [PDF]

Citation preview

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN 2



TOMOGRAFI TAHANAN JENIS LISTRIK



Disusun Oleh : Nama



: 1. ALFINA ROSIDA



H1E013047



2. IMAM AMARULLAH



H1E013051



3. DINDA MEIDIASYIH



H1E013052



Hari / Tanggal



: Rabu, 11 Mei 2016



Asisten



: Rapli



KEMENTRIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN FISIKA PURWOKERTO 2016



TOMOGRAFI TAHANAN JENIS LISTRIK



Oleh Alfina Rosida, Imam Amarullah, Dinda Meidiasyih ABSTRAK Praktikum tomografi tahanan jenis listrik bertujuan melakukan pengukuran tomografi tahanan jenis listrik tanah dan batuan serta melakukan pemodelan untuk menginterpretasi sebaran resistivitas struktur batuan bawah permukaan secara dua dimensi. Praktikum ini dilakukan dengan menggunakan susunan elektroda konfigurasi Wenner dengan jarak elektrodanya a diubah-ubah yaitu 2m, 4m, 6m, 8m, dan 10m. Diperoleh data nilai beda potensial (∆V) dan arus listrik (I), data ini kemudian diolah sehingga menghasilkan nilai resisitivitas semu (ρ). Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan paket program RES2DINV dengan variabelnya yaitu datum point, jarak antar elektroda, dan nilai resistivitas semu, dengan hasil pengolahan berupa pemodelan struktur bawah permukaan di area belakang kampus biologi . Jarak antar elektroda a, jika a nya semakin besar maka semakin dalam pula resistivitas yang diukur di bawah permukaan. Dari pemodelan itu diketahui bahwa dibawah permukaan terdapat 2 lapisan yaitu lapisan lempung dan lapisan tanah penutup. Kata kunci: tomografi tahanan jenis listrik, konfigurasi Wenner, RES2DIV ABSTRACT Practical electrical resistivity tomography aims to take measurements of electrical resistivity tomography soil and rock as well as doing modeling to interpret the resistivity distribution of subsurface rock structures in two dimensions. Practicum is performed using the Wenner electrode arrangement configuration with a spacing of the electrodes is altered 2m, 4m, 6m, 8m and 10m. Data obtained by the value of the potential difference (ΔV) and electric current (I), the data is then processed to produce a pseudo resisitivitas value (ρ). Data processing was performed using the program package RES2DINV with variables that datum point, the distance between the electrodes, and the apparent resistivity values, the processing results in the form of modeling the subsurface structure in the area behind the campus biology. The distance between the electrodes a, if its a bigger then getting in anyway resistivity is measured below the surface. From modeling it is known that there are two layers below the surface of the layer of clay and overburden. Keywords: electrical resistivity tomography, Wenner configuration, RES2DIV BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Di dalam bumi sangat banyak kandungan sumber daya alam yang diperlukan oleh manusia seperti migas, geothermal, mineral, air tanah dan sebagainya. Untuk mengetahui isi kandungan tersebut diperlukan metodologi dan alat ukur yang dapat mengukur parameter-parameter fisika yang berasosiasi dengan keberadaan sumber daya alam tersebut. Salah satu metode Geofisika adalah metode Geolistrik atau resistivity. Prinsip dasar metode ini adalah mempelajari variasi harga resitivitas batuan bawah permukaan yang berasosiasi dengan sumber daya alam. Parameter resistivitas diperoleh dengan mengukur arus yang diinjeksikan ke dalam bumi dan mengukur beda potensial yang ditimbulkannya. Geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di dalam bumi dan bagaiman cara mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Ada beberapa macam metoda geolistrik, antara lain : metoda potensial diri, arus telluric, magnetotelluric, IP (Induced Polarization), resistivitas (tahanan jenis) dan lainlain. Dalam praktikum kali ini, dibahas khusus metoda geolistrik tahanan jenis. Pada metoda geolistrik tahanan jenis ini, arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua elektroda arus. Kemudian beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektroda yang berbeda kemudian dapat diturunkan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan dibawah titik ukur (sounding point). 1.2 Tujuan 1 Melakukan pengukuran tomografi tahanan jenis listrik terhadap sampel tanah 2



dan batuan. Melakukan pemodelan untuk menginterpretasikan sebaran resistivitas struktur batuan bawah permukaan secara dua dimensi. BAB II DASAR TEORI



2.1 Metode Geolistrik Tahanan Jenis



Metode geolistrik tahanan jenis merupakan salah satu metode geofisika eksplorasi yang cukup efektif untuk menginvestigasi keadaan struktur bawah permukaan secara menyeluruh baik secara horizontal maupun vertical. Hal ini dapat diperoleh karena semakin meningkatnya metode akuisisi dan metode interpretasi data. Kekurangan dari metode geofisika adalah pengukurannya yang tidak langsung dan keterbatasan parameter yang dapat diperoleh untuk setiap metode. Metode geolistrik selama ini dianggap hanya potensial untuk mendeteksi karakter kelistrikan batuan beserta kondisi internalnya. Untuk mengetahui sifat mekanik seperti kuat tegang, kuat regang dan parameter elastis lainnya, harus menggunakan metode lain misalnya metode seismik refraksi. Atau dengan kata lain untuk mendapatkan sebanyak mungkin informasi yang diperlukan, umumnya dilakukan dengan menggunakan lebih dari satu metode. Menggunakan lebih dari satu metode dalam eksplorasi pada suatu objek yang sama, tentu saja akan menyebabkan pekerjaan eksplorasi menjadi kurang efektif dan tidak efesien dalam penggunaan 3 waktu, biaya dan peralatan( Ugwu , S. A 2010). Dalam penelitian ini metode geolistrik yang selama ini umum digunakan untuk menyelidiki sifat kelistrikan batuan bawah permukaan, ternyata dapat juga digunakan untuk menentukan sifat elastis batuan. Parameter tersebut meliputi parameter Poisson Ratio, Modulus Bulk, Modulus Young dan lain-lain. Untuk keperluan ini, dikembangkan sebuah model transformasi matematika yang dapat menghubungkan antara sifat listrik dan sifat mekanika batuan. Metode yang digunakan adalah suatu model transformasi matematik yang memabangun fungsi yang hubungan antara kecepatan propagasi gelombang dengan parameter resistivitas atau konduktivitas. Model ini diperolah dengan mengembangkan hubungan antara kecepatan gelombang dengan resistivitas /konduktivitas atau hubungan antara waktu propagasi persatuan panjang dangan resistivitas maupun konduktivitas sehingga. Secara umum diperole f(p) = g(R). Pada metoda geolistrik tahanan jenis ini, arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua elektroda arus. Kemudian beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektroda potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektroda yang berbeda kemudian dapat diturunkan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan dibawah titik ukur (sounding point).



Metoda ini lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yangsifatnya dangkal, jarang memberikan informasi lapisan dikedalaman lebih dari 1000 feet atau 1500 feet. Oleh karena itu metoda ini jarang digunakan untuk eksplorasi minyak tetapi lebih banyakdigunakan dalam bidang engineering geology seperti penentuan kedalaman batuan dasar, pencarian reservoar air, juga digunakan dalam eksplorasi geothermal. Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda potensial dan elektroda-elektroda arus. Dikenal pula beberapa konfigurasi pada metode tahanan jenis resistivitas antara lain : 1. Konfigurasi Schlumberger. 2. Konfigurasi Wenner-wenner. 3. Konfigurasi Wenner-Schlumberger. 4. Konfigurasi Dipole-dipole. 5. Konfigurasi Pole-pole. 6. Konfigurasi Pole-dipole. (Zakir Hossain and Alan J. Cohen 2012). Dengan memanfaatkan nilai tahanan jenis ini maka aplikasi metoda geolistrik telah digunakan pada berbagai bidang ilmu yaitu : 1 2



Regional Geology untuk mengetahui struktur, stratigrafi dan sedimentasi. Hidrogeologi/Geohidrologi untuk mengetahui muka air tanah, akuifer,



3



stratigrafi , intrusi air laut. Geologi Teknik untuk mengetahui struktur, startigrafi, permeabilitas dan



4



porositas batuan, batuan dasar , pondasi , kontruksi bangunan teknis. Pertambangan untuk mengetahui endapan plaser, stratigrafi, struktur,



5



penyebaran endapan mineral. Archeology untuk mengetahui dasar candi, candi terpendam, tanah galian



6



lama. Panas bumi (geothermal) mengetahui kedalaman, penyebaran, low



7



resistivity daerah panas bumi. Minyak untuk mengetahui struktur, minyak, air dan kontak air dan minyak serta porositas , water content (well logging geophysic).



Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang ke 4 buah 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. Setiap konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk mengetahui nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan di bawah permukaan. Metoda geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit yang banyak digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan dengan biaya survei yang relatif murah. Beberapa Konfigurasi Metode Geolistrik yang umum digunakan :



Gambar 2. 1 Jenis-jenis metode survei



BAB III METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Praktikum Tomografi Tahanan Jenis Listrik ini dilaksanakan pada hari Rabu, 11 Mei 2016 pada pukul 08.00 – 10.00 WIB di area sekitar belakang kampus Fakultas Biologi Universitas Jenderal Soedirman. 3.2 Alat dan Bahan Tabel 3. 1 Tabel alat dan bahan praktikum



1



2 buah MMD



2 3 4 5



Kebel Penghubung Kotak kaca berukuran (1x 0.5x0.6) m Elektroda besi 2 Elektroda tembaga 2



6 7 8 9



Power Supply Sekop kecil dari besi Statif kayu berskal Perangkat Lunak RES2FDINV



3.3 Langkah Kerja 1. Menentukan panjang lintasan yang akan diukur dengan cara membentangkan meteran sepanjang 32 meter. 2. Memasang elektroda besi dan tembaga menggunakan konfigurasi Wenner dan menghubungkannya dengan NANIURA Model NRD 22 S seperti pada gambar 1 dengan jarak antar elektrodanya a. 3. Menghidupkan power supply dan mengkalibrasi NANIURA supaya nilai voltmeter menunjukkan angka 0000. Kalau belum 0000 maka



mengecek



kabel- kabel panghubung elektroda atau bisa juga dengan menancapkan elektroda lebih dalam. 4. Mengukur dan mencatat beda potensial ( ∆ V) dan kuat arus (I). 5. Menggeser seluruh elektroda kearah kanan sebesar a, kemudian dan mencatat kembali beda potensial (∆V) dan kuat arus



mengukur



(I).



6. Mengulangi langkah 5 secara berulang dengan menggeser lagi seluruh elektroda kearah kanan sebesar a sedemikian hingga posisi elektroda mencapai ujung lintasan bagian kanan. 7. Mengulangi langkah 3 hingga langkah 6, namun jarak antar elektrodanya diubah menjadi 2a. 8. Mengulangi langkah 7 dengan jarak antar elektroda diubah menjadi



3a,



4a dan 5a dengan model perubahan jarak elektroda terlihat pada Gambar 3.1



Gambar 3. 1 Teknik pengukuran tomografi tahanan jenis listrik menggunakan konfigurasi Wenner dan posisi datum point dalam citra dua dimensi (2D)



9. Menghitung nilai faktor geometri (K) dan resistivitas semu (ρa) berdasarkan data beda potensial (∆V) dan kuat arus (I), kemudian



memasukkan



nilainya ke dalam tabel pengamatan. 10. Melakukan pemodelan struktur bawah permukaan menggunakan lunak RES2DINV dengan input data: jarak antar elektroda, datum point, dan nilai resistivitas semu. 11. Melakukan interpretasi terhadap model struktur bawah permukaan. 3.4 Diagram Alir



perangkat posisi



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN



Tanah terdiri dari campuran partake-partikel berbentuk padat, cair ataupun gas yang membentuk lapisan-lapisan tanah memiliki tahanan jenis yang berbeda-beda. Perubahan tahanan jenis tanah untuk berbagai komposisi tanah tidaklah sama, karena komposisi tanah bervariasi baik vertikal mupun horizontal sehingga pada lapisan tanah dapat diperoleh dua atau lebih jenis tanah. Pengamatan secara langsung yang dilakukan pada area kampus Unsoed sangat penting untuk menentukan komposisi umum tanah dan mentukan hal-hal penting mengenai sifat homongen tanah. Biasanya untuk memeriksa struktur tanah dilakukan penggalian pada area yang akan diamati, dimana sistem pembumian akan ditempatkan. Percobaan dan pemeriksaan geologi dapat memberikan informasi penting mengenai adanya bermacam-macam lapisan tanah dan material di dalam tanah. Suatu tanah memiliki nilai tahanan jenis yang bervariasi tergantung pada jenis tanah, kelembapan, komposisi garam-garam mineral di dalam tanah, dan suhu. Saat sebuah elektroda dilalui oleh arus maka arus akan menyebar ke segala arah dan dapat menghasilkan data berupa arus dan dan tegangan. Dari dua input yang dihasilkan, dapat diketahui nilai tahanan jenis (ρ) pada daerah yang diamati. Berdasarkan hasil survei yang dilakukan pada lahan belakang kampus Biologi Universitas Jenderal Soedirman, didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 4. 1 Hasil pengamatan pada daerah belakang kampus biologi



C1



P1



P2



C2



0 0



2 4



4 8



0



6



0



8



0 2 4



1 0 4 8



6



1



1 2 1 6 2 0 6 1 2 1



6 1 2 1 8 2 4 3 0 8 1 6 2



1 5



1.054 41.9



1.054 8.38



12.56637 13.24495 25.13274 210.6124



3 6



DEPT H (m) -1.038 -2.076



4



0.8



0.2



37.69911 7.539822



9



-3.114



6



10



3.8



0.38



50.26548 19.10088



12



-4.152



8



10



3.8



0.38



62.83185 23.8761



15



-5.19



10



6.3 1



346 8.6



54.92063 8.6



12.56637 690.1531 25.13274 216.1416



5 10



-1.038 -2.076



2 4



0.8



4



5



37.69911 188.4956



15



-3.114



6



I (mA)



V (mV)



R (Ohm)



K



RHO (Ohm-m)



DP



a (m) 2 4



8 4 8 1 2 1 6 6 1 2 8 1 6 1 0 2 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6



2 1 6 6



8 2 4 8



1 2 1 8 2 4 8



1 6 2 4 3 2 1 0 2 0 1 2 2 4 1 4 2 8 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0



1 6 1 0 2 0 1 2 2 4 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8



4 3 2 1 0 2 0 3 0 3 8 1 2 2 4 1 4 2 8 1 6 3 2 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2



13



0.3



0.023077



50.26548 1.159973



20



-4.152



8



0.557



3



5.385996



12.56637 67.68243



7



-1.038



2



14



76.5



5.464286



25.13274 137.3325



14



-2.076



4



157



15.8



0.100637



37.69911 3.793923



21



-3.114



6



15



5.4



0.36



50.26548 18.09557



28



-4.152



8



6



67.1



11.18333



12.56637 140.5339



9



-1.038



2



9



82.7



9.188889



25.13274 230.942



18



-2.076



4



2



117.5



58.75



12.56637 738.2743



11



-1.038



2



13



75.6



5.815385



25.13274 146.1566



22



-2.076



4



8



210.7



26.3375



12.56637 330.9668



13



-1.038



2



70



104.8



1.497143



25.13274 37.6273



26



-2.076



4



8



239.4



29.925



12.56637 376.0486



15



-1.038



2



4



268.5



67.125



12.56637 843.5176



17



-1.038



2



17



193.9



11.40588



12.56637 143.3305



19



-1.038



2



18



27.6



1.533333



12.56637 19.26843



21



-1.038



2



19



9.3



0.489474



12.56637 6.150908



23



-1.038



2



21



218



10.38095



12.56637 130.4509



25



-1.038



2



32



209.9



6.559375



12.56637 82.42754



27



-1.038



2



24



233.2



9.716667



12.56637 122.1032



29



-1.038



2



Setelah data tersebut didapatkan dan diolah dalam bentuk table, maka langkah selanjutnya adalah mengolah data menggunakan software res2div. pengolahan ini bertujuan untuk pendugaan lapisan-lapisan yang ada dalam daerah yang diamati. Dan didapatkan hasil pengolahan data sebagagai berikut :



Gambar 4. 1 Hasil pengolahan data menggunakan software res2div



Resistivitas semu (apparent resisitivity) dipengaruhi oleh jenis batuan yang berada di bawah permukaan. Apabila batuannya lebih berrongga maka nilai resistivitasnya besar, sedangkan apabila batuan lebih kompak maka nilai resistivitasnya akan lebih kecil. Batuan yang lebih kompak akan lebih mudah mengalirkan arus daripada batuan berrongga, sehingga nilai resistivitas batuan kompak akan lebih kecil. Resisitivitas terhadap kedalaman tidak dapat diperoleh hubungan secara langsung, karena masih tergantung dari jenis batuan yang dikandung di bawah permukaannya. Pada umumnya semakin ke dalam permukaan bumi maka batuan akan semakin kompak. Oleh karena itu resisitivitasnya akan semakin kecil. Berdasarkan Gambar 4.1 yang telah diperoleh menggunakan software res2div berupa penampang resistivitas 2 dimensi (2D) yang menggambarkan struktur bawah permukaan area yang diamati. Penampang resistivitas dari gambar di atas kita mendapatkan berbagai nilai masing-masing nilai resistivitas dan kedalaman batuan.



Golongan warna dapat diklasifikasikan menjadi 3 warna utama, yaitu merah, hijau, dan biru. Warna biru memiliki interval nilai resistivitas 1,61-22,6 Ωm, warna hijau 84,6-1185 Ωm, dan warna merah memiliki interval resistivitas 4436-16603 Ωm. Dari perbedaan warna tersebut dapat dikelompokkan bahwa warna merah masuk pada kategori nilai resistivitas yang tinggi, warna hijau masuk pada nilai resistivitas yang sedang, dan warna biru masuk pda nilai resistivitas yang rendah. Dari pengelompokkan warna dan kategori nilai resistivitas dapat diinterpretasikan (diduga) dengan mencocokkan nilai resistivitas daerah yang diamati dengan table resistivitas batuan, pada resistivitas sedang, yaitu berwarna hijau dengan interval resistivitas 84,6-1185 Ωm dengan kedalaman 0-4,8 m yaitu jenis tanah penutup sesuai dengan tabel resistivitas batuan yang berada pada interval nilai resistivitas 250-1700 Ωm. Pada resistivitas rendah, yaitu berwarna biru dengan interval resistivitas 1,61-22,6 Ωm dengan kedalaman 0-4,8 m yaitu jenis lempung (basah) sesuai dengan tabel resistivitas batuan yang berada pada interval nilai resistivitas 1-100 Ωm.



BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Pengukuran tomografi tahanan jenis listrik tanah dan batuan dilakukan dengan menggunakan metode konfigurasi Wenner, caranya dengan mengubah-ubah jarak antar elektroda a, jika a nya semakin besar maka semakin dalam pula resistivitas yang diukur di bawah permukaan daerah yang diamati. 2. Dari pemodelan diperoleh gambaran atau dugaan bahwa di bawah permukaan belakang kampus fakultas biologi, terdapat 2 lapisan, yaitu lapisan lempung dan lapisan tanah pentutup. DAFTAR PUSTAKA



Ugwu , S. A 2010 “ Determination of depth to Bedrock in Afikpo Syncline of The Benue Trough Nigeria Using Seismic refaction Methods “ World Journal of Applied Science and Technology (WOJAST) vol.2 no.1 pp 19-24 (2010). Zakir Hossain and Alan J. Cohen 2012 “Relationship among porosity ,permeability,electrical and elastic properties “ SEG Las Vegas 2012. LAMPIRAN